WO2005113971A1 - Method for dosing a substance, use of said method and associated device - Google Patents

Method for dosing a substance, use of said method and associated device Download PDF

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WO2005113971A1
WO2005113971A1 PCT/EP2005/052099 EP2005052099W WO2005113971A1 WO 2005113971 A1 WO2005113971 A1 WO 2005113971A1 EP 2005052099 W EP2005052099 W EP 2005052099W WO 2005113971 A1 WO2005113971 A1 WO 2005113971A1
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boiling
radiator
reactor
temperature
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PCT/EP2005/052099
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Gerhard FRÄNKLE
Klaus Schrewe
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Hjs Fahrzeugtechnik Gmbh & Co Kg
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    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a method for dosing a substance, in particular small quantities thereof, for feeding the same to a machine in operation, for example an internal combustion engine, in which method the substance to be dosed is brought into its gaseous state. Furthermore, the invention relates to a preferred use of the method and a device for metering a substance, comprising a reactor for storing the substance in its solid state, in which reactor the substance is brought into its gas phase.
  • Such methods are used, for example, in order to be able to introduce an additive into the combustion process in an internal combustion engine.
  • Additives are introduced into the combustion process of internal combustion engines in order to optimize the combustion process.
  • diesel internal combustion engines additives are integrated into the combustion process so that the soot particles produced when the diesel fuel is burnt have a lower flash point than unadditized combustion.
  • methods are also known in which the additive in its gaseous state is fed to the combustion chamber via the air to be fed to the combustion chamber.
  • Gaseous ferrocene for example, is used as the gaseous additive, as is proposed in EP 0 543 477 B1.
  • the sublimation of ferrocene which is already in its solid state of aggregation, is used at relatively low temperatures in order to feed the ferrocene, which is brought into its gas phase from its solid state, to the combustion chamber as a result of the vapor pressure.
  • a temperature of 20 C C to max. 175 ° C preheated carrier gas stream in a ferrocene in its solid aggregate containing sublimator so that with appropriate pressure and temperature values in the area of the coexistence line between the solid and gaseous phase through the Sublimation formed ferrocene gas is added as an additive in the carrier gas stream and is fed with this to the Verre ⁇ nungsraum.
  • the air sucked in during operation of the internal combustion engine serves as carrier gas flow.
  • the additive present in the gas phase is initially added to the intake air and supplied together with it to the combustion chamber of the internal combustion engine, so that the additive / offset air combined with the fuel, for example the diesel fuel, represents the additive-laden fuel-air mixture.
  • a carrier gas stream is required to cause sublimation and to transport the ferocene converted into its gas phase. Since this is typically the air drawn in during operation of the internal combustion engine, the transport of the additive is dependent on the operation of the internal combustion engine.
  • the carrier gas stream In cold ambient conditions, when the engine is started to supply the additive as intended, it is necessary to heat the carrier gas stream with an additional heating device, at least until the waste heat of the diesel engine can be used to heat the carrier gas stream. Differences in temperature in the carrier gas stream result in different sublimation rates, so that an exact and, above all, sufficient metering of the additive to be fed to the combustion chamber can only be approximated.
  • the invention is therefore based on the object of developing the method mentioned at the outset and the device mentioned at the outset in such a way that the method and the device allow more precise metering, especially of the smallest amounts of the gaseous substance to the one in operation Machine can be made.
  • the process-related problem is solved by a method mentioned at the outset, in which the substance is liquefied before being converted into its gaseous state before it is ner dosage is brought into its gaseous state in the course of further heating.
  • the substance for example in its solid state, such as solid ferrocene
  • the substance is intended as an additive for supplying it to the combustion chamber of an internal combustion engine
  • an appropriately designed heating device to the extent that it liquefies and in this way for example, additive liquid formed is brought above its boiling point in order to convert the additive into its gaseous state.
  • a sufficient overpressure can be generated in a reactor so that the additive gas generated can in principle be easily introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine due to the pressure prevailing in the reactor.
  • the additive gas generated is expediently introduced into a line supplying a gas to the combustion chamber, for example into the air intake line.
  • the immediate heating of the additive which is stored in its solid state, for liquefaction and subsequent evaporation thereof can be implemented with simple means.
  • the heating device is advantageously operated to liquefy and evaporate the additive in such a way that a largely constant internal pressure is maintained in the reactor.
  • a rod-shaped radiator which extends into the additive in solid form can be provided as the heating device.
  • this heater does not necessarily have to liquefy all of the additive stored in solid form, but it is sufficient if only a part of it is liquefied and kept liquid, from which liquefied additive the additive gas evaporates becomes.
  • a heating device expediently extends into the area of the outlet of the reactor in which a throttle device for metering the outflowing additive gas is arranged. If necessary, with a Additive gas which cools back from its gas phase to its solid form can in principle completely or partially block a metering device, such as a throttle or a clock valve.
  • the substance for the metering process is converted from its liquid state of matter into its gaseous state of matter by supplying heat using at least one electric heating element, and a dosage is controlled by the amount of the gaseous substance produced in each case,
  • the at least one heating element which also has the temperature of the liquid substance, is heated depending on the current flow parameters by a defined amount of heat above the boiling point of the substance and
  • the defined heat fed into the radiator and / or its heat store is transferred by heat conduction to the substance which is at the boiling point and thereby a quantity of the substance which is proportional to the quantity of heat transferred is converted into its gaseous state
  • the amount of substance brought into the gaseous state is a dose of the substance to be fed to the machine in operation.
  • the device-related object is achieved by a device having the features of claim 12.
  • metering is carried out by actuating at least one electric radiator, transferring the heat generated to the substance in its liquid state and generating the amount of the gaseous substance, for example gaseous ferrocene, which is generated in proportion to the heat transferred.
  • the substance from which the gaseous substance is to be produced is kept at its boiling point in its liquid state.
  • a defined amount of heat is transferred to the material by heat conduction by means of a contact heating element which is arranged within the material in its liquid state and is kept at the boiling temperature or which extends into the liquid material.
  • the heat storage capacity of the radiator is used to define the amount of heat transferred to the liquid substance. Since the heating of a radiator is known via the characteristic curve of the radiator and its mass in accordance with the current supply parameters present, a defined amount of heat can be introduced into the radiator or its heat store via the parameters of the control of the radiator.
  • the introduction of a defined amount of heat to evaporate the desired amount of substance from the boiling liquid bath can be carried out continuously or by clocked heating of the radiator by a defined amount of heat above the boiling point of the substance in its liquid state.
  • the heat fed into the radiator or its heat accumulator or formed therein is transferred to the adjacent substance which is at boiling temperature.
  • a defined amount of heat is supplied to the substance at the boiling point. Knowing the amount of heat required to convert a quantity of substance at the boiling point into its gas phase evaporates from the substance at the boiling point a quantity of substance corresponding to the additional quantity of heat introduced, which is then a dose of the substance to be fed to the machine in operation.
  • This method makes use of the fact that the heat transfer from the radiator or its heat store to an adjacent boiling liquid by several orders of magnitude is better than the heat transfer to an adjacent gas. For this reason, it is irrelevant for the accuracy of a metering of the gaseous substance whether the heating element is immersed in the boiling liquid or partially protrudes from it, the latter, for example, after a portion of the substance has been consumed.
  • ferrocene mass is assigned to each heating pulse, so that the operational level can be determined by counting the heating pulses and used as a correction variable.
  • the heat storage capacity of the radiator or its heat store is used primarily to generate small and very small quantities of the required gaseous substance.
  • the radiator can be activated, for example, in a predetermined cycle.
  • the heating impulses carried out can be so short that the radiator heats up, but the heat generated is not transferred to the substance in the boiling state during the duration of the heating impulse. A heat transfer to the adjacent boiling liquid then takes place with a certain time delay.
  • the heat generated in the heating element flows out to the boiling liquid based on the principle that heat transfer takes place from the higher energy level to the lower one.
  • a timing of the control of the radiator or heaters for producing the gaseous substance takes place according to an embodiment with such a cycle, in which the time interval between two heating pulses is dimensioned such that essentially all of the heat generated in the heating body in a heating cycle to the boiling liquid is released and the radiator or its heat accumulator has its initial temperature again at the beginning of the next heating pulse, namely that of the liquid.
  • the heating element can be controlled according to a predetermined time cycle in order to provide a dose of the gaseous substance at intervals specified by the time cycle during an operating cycle of the machine.
  • a control is particularly suitable when operating machines, for example internal combustion engines, which are only exposed to slight dynamic changes.
  • Resistance heating elements with a positive, non-linear temperature coefficient are particularly suitable as the heating element for introducing the heat required to generate a certain amount of the gaseous substance.
  • Such resistance heating elements have an exponentially increasing resistance above a defined response temperature, which corresponds to the Curie temperature, while such resistance heating elements have a negative temperature coefficient below the response temperature and the resistance does not increase or increases only insignificantly despite the increasing temperature up to the Curie temperature.
  • the response temperature depends on the material. Depending on the choice of material, the maximum heating temperature of such a resistance heating element can thus be set using the response temperature. Overheating of the heating elements and also the material to be heated can be avoided.
  • ferrocene which is to be kept at its boiling temperature of around 249 ° C at an ambient pressure of 1 bar by means of such a PTC resistance heating element and with which resistance heating element a defined amount of heat for generating the desired dose of gaseous ferrocene in the boiling is also generated by appropriate energization Ferrocene is introduced, it will be conveniently equipped with a response temperature of about 270 - 290 ° C. It is also possible to use one or more PTC radiators with a response temperature 249 ° C, with which the liquid ferrocene is kept at its boiling temperature. One or more further PTC radiators with a higher response temperature can then be arranged to be immersed in the boiling liquid together with the aforementioned radiators in order to generate the ferrocene gas dose required in each case.
  • ferrocene is used as a substance to be metered in gaseous form, it makes sense to store the ferrocene in its solid form in a storage container - a reactor.
  • a boiling chamber is formed by a vertically extending tube, within which the heating element or elements are arranged for keeping the liquid ferrocene therein at its boiling temperature and for producing the required ferrocene gas cans.
  • the one or more radiators are expediently arranged axially in such a tube and are therefore concentrically enclosed by the tube.
  • the gap located between the radiator (s) and the inner wall of the tube then represents the actual boiling chamber.
  • a boiling chamber formed in this way is in fluid communication with the further supply of the substance inside the reactor.
  • a design is expedient in which such a tube extends with its lower end into a collector, in which the substance brought into its liquid state, such as ferrocene, from the solid state of the reactor - the storage space - flows in.
  • one or more further heating devices which can also be designed as PTC resistance heating elements, for example, are arranged in the storage space of such a reactor.
  • PTC resistance heating elements When using PTC resistance heating elements, it is expedient to use those which have a response temperature which is somewhat above the melting temperature of the solid material. When using ferrocene, whose melting temperature is around 173 ° C, the PTC resistance elements can have a response temperature of around 190 - 200 ° C. Taking advantage of the Characteristic defined by the response temperature of these PTC resistance heating elements, by means of which heating beyond the response temperature does not exist or is virtually non-existent, does not require any further components, such as thermostats or the like, which are otherwise necessary for temperature control.
  • the tube forming the chamber has poor thermal conductivity and thus serves as a thermal insulator between the higher temperature in the boiling chamber and the lower temperature in the storage room.
  • the PTC resistance heating element heated to 290 ° C or 300 ° C, for example, will reach the boiling temperature of the liquid substance cools down.
  • the boiling temperature is higher or lower. If the boiling temperature is 249 ° C when using ferrocene, it decreases with a decrease in the surrounding pressure.
  • the boiling temperature lowered at such a reduced operating pressure can be determined, for example, by a thermocouple.
  • the boiling temperature can also be determined using the PTC resistance heating element. After a heating pulse, it then cools down.
  • the heating pulses are typically spaced apart from one another to such an extent that this state has occurred. Consequently, the resistance of the PTC resistance heating element can be measured before a heating pulse and the boiling temperature can be determined via the resistance. This can be useful for adjusting the ferrocene mass metering.
  • the temperature determined before such a heating pulse can also be calculated using the gradient between the PTC heating element and the boiling liquid.
  • the determined boiling temperature can also be evaluated by comparing current boiling temperature values with previous measurements.
  • a single PTC heating element can be used, which is arranged in the boiling chamber and is continuously energized.
  • the aforementioned properties of a PTC resistance heating element which do not allow any further heating at a certain predefined temperature are used here.
  • the PTC heating element will expediently be chosen so small that the continuous amount of gaseous substance corresponds to that which is required. With such a configuration, continuous metering takes place.
  • the method described and the device described can be used in numerous different applications, in which, in particular, small doses of a gaseous substance are to be fed to a machine in operation.
  • a machine can, for example, also be a packaging machine with which small doses of the metered substance are filled into a test tube, for example.
  • the packaging or filling machine represents the machine in operation.
  • the above-described method can also be used for dosing substances which are gaseous under ambient conditions and which are cooled and / or pressurized to carry out the method in order to bring this substance into its liquid state and to keep it at boiling temperature.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a reactor for generating a gaseous substance for supply to a machine in operation
  • Fig. 2 a partial cross section through the lower region of the reactor of Figure 1 and
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further device for providing and dosing a substance in the gas phase.
  • a reactor 1 serves to store a solid substance, namely ferrocene 2 as an additive, which, in its gaseous state, is fed to the combustion chamber of an internal combustion engine (not shown).
  • the reactor 1 serves both for storing ferrocene and for producing gaseous ferrocene cans as part of a metering of the gaseous ferrocene.
  • the reactor 1 is insulated from the outside in order to avoid disturbing inflows and outflows of heat.
  • the reactor 1 is chambered by a central square tube 3, namely in a storage space 4 located outside the tube 3 and in a boiling chamber 5 enclosed by the tube 3.
  • the tube 3 itself consists of a poorly heat-conducting material and thus serves as a thermal insulator between the boiling chamber 5 and the storage space 4.
  • a plurality of radiators 6, 6 'are arranged circumferentially distributed at a certain distance from the outer surface of the tube 3.
  • the radiators 6, 6 "serve to liquefy the ferrocene 2 originally present in solid form in the reactor 1.
  • FIG. 1 shows the reactor 1 a short time after it has been started up, so that the heating elements 6, 6 'already have a certain proportion of the solid
  • the present ferrocene 2 has been heated above its melting point and has thus been liquefied
  • the liquid ferrocene is identified in FIG.
  • Another PTC heating element 8 is arranged inside the tube 3.
  • the radiator 8 is designed for higher heating than the radiators 6, 6 '.
  • the response temperature of the radiator 8 is approximately 270-290 ° C.
  • the heater 8 is arranged centrally in the tube 3.
  • the heater 8 is used to heat the ferrocene located in the boiling chamber 5 in its liquid state to its boiling temperature and to keep the ferrocene in the boiling chamber 5 at its boiling temperature.
  • the boiling ferrocene is in figure 1 marked with the reference number 9.
  • the radiator 8 is used to introduce a defined amount of heat into the boiling ferrocene 9 in order to convert a corresponding amount of ferrocene into its gaseous state of aggregation in accordance with the amount of heat introduced or in proportion to it, which amount of gaseous ferrocene then represents the additive dose to be fed to the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the tube 3 with the radiators 6, 6 'and 8 arranged thereon is inserted centrally into the reactor 1 and held by a cover 10 which closes the top of the reactor 1.
  • the reactor 1 is provided in an arrangement such that the tube 3 has a vertical orientation.
  • the tube 3 engages with its lower end in a tapered section of the reactor 1, which is designated as the collector 11.
  • the tube 3 also serves on the top side for discharging the ferrocene gas formed and for feeding it into a feed line 12 for feeding the ferrocene gas into the combustion chamber.
  • the supply line 12 can be connected to the suction side of the air supply.
  • Such a suction line is shown schematically in FIG. 1 with reference number 13.
  • the supply line 12 has on the outside a PTC resistance heating element 14 which surrounds the supply line 12 in a cuff-like manner in order to avoid back condensation.
  • the radiators 6, 6 ', 8 and 14 are energized at the same time.
  • the radiators 6, 6 'with their response temperature of 190-200 ° C ensure a melting of a certain amount of ferrocene initially present in solid form.
  • the radiator 8 is energized. Since the boiling chamber 5 is in liquid connection with the storage space 4 through the collector 11, the same liquid level is inside and outside the tube 3. In order to form the boiling chamber as high as possible within the tube 3, the radiators 6, 6 ′ extend beyond the ferrocene level 15 within the storage space 4 of the reactor 1.
  • the heater 8 also first heats the ferrocene present in solid form within the boiling chamber 5 when the internal combustion engine is started up, in order to liquefy it. Due to the higher speaking temperature of the radiator 8, the ferrocene located in the boiling chamber 5 is heated to its boiling temperature of 249 ° C. at normal pressure of 1 bar. If other ambient pressure conditions exist, the boiling temperature is either lower (at lower ambient pressure) or higher (at higher ambient pressure). The heating element 8 is controlled accordingly in order to keep the ferrocene 9 in the boiling chamber 5 at this temperature.
  • the heating element 8 in the embodiment shown is heated in a predetermined cycle above the boiling temperature of the ferrocene in order to convert a defined amount of ferrocene into its gaseous state.
  • the internal combustion engine to which the gaseous ferrocene is to be fed is a stationary internal combustion engine which is not subject to major fluctuations in the operating state. It is therefore sufficient in the exemplary embodiment shown if a defined dose of ferrocene gas is introduced into the suction line 13 at regular intervals. As a result of mixing and distribution with the suction air, several combustion cycles of the internal combustion engine can be supplied with a single dose of ferrocene gas.
  • the radiator 8 is energized every 10 minutes for a period of about 2 seconds.
  • the heating element 8 heats up according to the energization parameters and generates a quantity of heat corresponding to its characteristic.
  • the amount of heat generated flows successively to the boiling ferrocene liquid 9 surrounding the radiator 8, with the result that an amount of ferrocene corresponding to the amount of heat given off is converted into its gas phase.
  • This process is symbolized in FIG. 1 by the meandering lines in the boiling chamber 5. These lines symbolize the ascending gaseous ferrocene.
  • the ferrocene vapor formed automatically flows off via the feed line 12 and into the suction line 13.
  • the amount of ferrocene gas required is very small.
  • the amount of ferrocene gas flowing out of the feed line 12 and flowing into the suction line 13 is correspondingly small.
  • the ferro-gas is very strongly diluted.
  • This process is desired and has Consequence that due to the cooling of the ferrocene gas within the suction line 13, the ferrocene is brought back into its solid form, but due to the strong dilution into microscopic particles, as this is schematized in the elevation within the suction line 13 in FIG is shown.
  • These particles are ferrocrystals, which are denoted in FIG. 1 by the reference symbol FK.
  • These microscopic particles FK are in turn easily transported with the air flow flowing in the suction line 13 and fed to the combustion chamber of the internal combustion engine. This effectively prevents clogging of elements in the suction line due to receding ferrocene.
  • FIG. 2 shows a cross section of the tube 3 with the heating element 8 arranged therein.
  • the boiling chamber 5 is ultimately an annular gap between the heating element 8 and the inner wall of the tube 3.
  • the clear width of the annular gap can be provided to be relatively small, so that the amount of ferrocene in the boiling chamber is also correspondingly small.
  • the ferrocene located in the boiling chamber 5 can therefore be heated and in particular kept at its boiling temperature.
  • the small amount of ferrocene in the boiling chamber 5 also means that the reactor 1 is ready for operation quickly, within a few seconds, and can then be operated with the required additive dose immediately after the internal combustion engine has been started up.
  • the radiator 8 is designed as a PTC resistance heating element.
  • a defined amount of heat can be generated in accordance with the applied energization parameters, for example the energization time, temporarily stored in the PTC element itself and released to the surrounding boiling ferrocene liquid 9.
  • the heat storage capacity of the radiator 8 is used.
  • the heat transfer between the surface of the radiator 8 and the boiling ferrocene liquid adjacent to it is several orders of magnitude higher than that Heat transfer to a surrounding gas, such as in the area of the radiator 8, which lies above the ferrocene level 15, can be assumed that the entire amount of heat generated is transferred to the boiling ferrocene liquid 9 within very narrow tolerance limits and not or only insignificantly and in not significant extent to the gas located above the liquid level.
  • the activation of the radiator 8 is timed at a time interval - as mentioned - in which it is ensured that the heat generated by the preceding heating pulse has been completely or essentially completely given off to the boiling ferrocene liquid.
  • the high dilution occurring in the suction line 13 skillfully uses the transition of the gaseous substance metered in a small amount into microscopic additive particles, so that the additive is ultimately introduced into the combustion chamber in the form of solid, microscopic particles.
  • Additive particles that remain in the supply line 12 or the suction line 13 when the internal combustion engine is taken out of operation are readily absorbed by the sucked-in air flow when the internal combustion engine is started up again and supplied to the combustion chamber. This also ensures that the additive feed system is ready for operation quickly.
  • FIG. 3 shows a further device 16 for providing a gaseous substance for metering the same.
  • the device 16 is used to provide an additive in its gas phase for supplying the additive gas into the combustion chamber of an internal combustion engine and comprises a reactor 17, which in the exemplary embodiment shown is heat-insulated. Ferrocene 18 is present in the reactor 17 as an additive in its solid state of matter. This has previously been introduced into the reactor 17 in its liquid phase, and the ferrocene, which is now present in its solid state of matter in the reactor, has crystallized by cooling.
  • the reactor 17 is in its lower section tapered downward to form a fluid trap.
  • the reactor 17 is connected via an outlet 19 to an additive line 20, which opens into the air intake line of a diesel engine in a manner not shown.
  • a throttle 21 is arranged as a metering device.
  • the throttle 21 is manually adjustable, it being provided in the device 16 that it is operated with a constant throttle setting.
  • the device 16 also has a heating device 22.
  • the heating device 22 comprises a rod-shaped heating element 23 which extends into the ferrocene 18 in solid form.
  • the heating device 22 is mounted with its heating element 23 on the reactor 17, as long as the ferrocene introduced into the reactor 17 in its liquid phase has not yet, at least not completely, solidified.
  • the heater 23 is designed in the illustrated embodiment as a resistance heater and can be energized via an electrical connection cable 24.
  • the heater 23 of the device 16 shown in FIG. 3 is designed so that it has its greatest heating output in the region of its lower free end section 25.
  • the reactor 17 can also be filled with powdered ferrocene. This then melts when the heater is started up for the first time and crystallizes out of the liquid phase after the heater has been shut down. With this configuration, the heating device can ultimately be installed at any time.
  • ferrocene located in the region of the end section 25 of the radiator 23 is heated above its melting temperature of 173 ° C, brought to a boil by further heating, so that the ferrocene 18, which is initially in its solid state, ultimately ends up in its gas phase has been transferred.
  • a ferrocene liquid jacket will gradually form around the heating element 23, so that the heat transfer from the heating element 23 into the ferrocene 18, which is in solid form, is favored.
  • the reactor 17 is designed so that the ferrocene 18 located in the region of the reactor walls also passes through the heater 23 can be melted. With increasing ferrocene consumption, the ferrocene level inside the reactor 17 drops. In order to be able to melt all of the ferrocene 18 located in the reactor 17, the reactor 17 is tapered in the region of its base to form the liquid trap described above.
  • the device 16 shown in FIG. 3 is in operation.
  • the ferrocene 18 in the solid state in the reactor 17 has been heated above its melting point, so that a liquid jacket of molten ferrocene has formed.
  • the ferrocene evaporating from the liquid bath in its gaseous state is shown schematically by the meandering arrows in this figure.
  • the escape of the ferrocene gas formed from the liquid jacket naturally also takes place via pathways within the still solid ferrocene 18.
  • An internal pressure is formed inside the reactor 17, which can be approximately 2.5-3.0 bar.
  • the throttle 21 is set in such a way that the outflowing additive quantity is sufficient for the intended additivation of the fuel-air mixture with an average fuel consumption over the service life of the diesel engine. Therefore, if such a fixed throttle is provided, such as throttle 21, it will also be set differently in different motors depending on its use.
  • the reactor 17 expediently has a pressure sensor for detecting the internal pressure in the reactor 17 during operation of the heating device 22.
  • the heating device 22 is activated in order to evaporate either more or less ferrocene into its gas phase.
  • the reactor 17 may also have a pressure relief valve, which ultimately serves as a safety valve.
  • a controllable valve for example a clock valve or the like, can also be provided for metering the ferrocene gas.
  • the additive dosage will be made dependent on the current engine power or the current fuel consumption. For this, however, it is necessary to collect the relevant data. For this reason, a metering device with a fixed throttle will be preferred for retrofitting existing systems.
  • the heating element 23 of the heating device 22 is led into the area of the outlet 19 and is located in particular in the vicinity of the throttle 21.
  • the throttle 21 is also heated, so that ferrocene gas, which is produced by switching off the heating device 22, for example as a result of a shutdown of the diesel engine in the region of the throttle 21, and condenses back to solid ferrocene, is readily gasified again when the heating device is started up again, and thus the throttle 21 is freed of the condensate.

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Abstract

The invention relates to a method for dosing a substance (2), in particular micro amounts for supplying said substances to an operating machine, e.g. an internal combustion engine. According to said method, the substance (2) to be dosed is converted into its gaseous aggregate state. Said method is characterised in that the substance (2) is liquefied before being converted into its gaseous aggregate state and said conversion is achieved by additional heating in order for the substance to be dosed. The invention also relates to a device for dosing a substance, comprising a reactor (1) for provisioning the substance (2) that exists in its solid form. The substance (2) is converted into its gaseous phase in said reactor (1).

Description

Verfahren zur Dosierung eines Stoffes, Verwendung des Verfahrens sowie Vorrichtung Process for dosing a substance, use of the process and device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren eines Stoffes, insbesondere von Kleinstmengen davon zum Zuführen desselben einer im Betrieb befindlichen Maschine, etwa einer Brennkraftmaschine, bei welchem Verfahren der zu dosierende Stoff in seinen gasförmigen Aggregatzustand gebracht wird. Ferner betrifft die Erfindung eine bevorzugte Verwendung des Verfahrens sowie eine Vorrichtung zum Dosieren eines Stoffes, umfassend einen Reaktor zum Bevorraten des in seinem festen Aggregatzustand befindlichen Stoffes, in welchem Reaktor der Stoff in seine Gasphase gebracht wird.The invention relates to a method for dosing a substance, in particular small quantities thereof, for feeding the same to a machine in operation, for example an internal combustion engine, in which method the substance to be dosed is brought into its gaseous state. Furthermore, the invention relates to a preferred use of the method and a device for metering a substance, comprising a reactor for storing the substance in its solid state, in which reactor the substance is brought into its gas phase.
Derartige Verfahren werden beispielsweise eingesetzt, um bei einer Brennkraftmaschiπe in den Verbrennungsprozess ein Additiv einbringen zu können. Additive werden in den Verbrennungsprozess von Brennkraftmaschinen eingebracht, um den Verbrennungsprozess zu optimieren. Bei Dieselbrennkraftmaschinen werden Additive in den Verbrennungsprozess mit eingebunden, damit die bei der Verbrennung des Dieselkraftstoffs entstehenden Rußpartikel einen gegenüber einer unadditivierten Verbrennung erniedrigten Flammpunkt aufweisen. Neben Additiven, die in flüssiger Form über den Kraftstoff in den Verbrennungsraum zugeführt werden, sind auch Verfahren bekannt, bei denen das Additiv in seinem gasförmigen Aggregatzustand dem Verbrennungsraum über die dem Verbrennungsraum zuzuführende Luft zugeführt wird. Als gasförmiges Additiv wird beispielsweise gasförmiges Ferrocen eingesetzt, wie dieses in EP 0 543 477 B1 vorgeschlagen wird. Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren wird die sich bereits bei relativ geringen Temperaturen einstellende Sublimation von in seinem festen Aggregatzustand vorliegendem Ferrocen genutzt, um infolge des Dampfdruckes das aus seinem festen Aggregatzustand unmittelbar in seine Gasphase gebrachte Ferrocen dem Verbrennungsraum zuzuführen. Um dieses zu erreichen, wird ein auf 20CC bis max. 175°C vorgeheizter Trägergasstrom in einen Ferrocen in seinem festen Aggregatzustand enthaltenden Sublimator geleitet, damit bei entsprechenden Druck- und Temperaturwerten im Bereich der Koexistenzlinie zwischen fester und gasförmiger Phase das durch die Sublimation gebildete Ferrocengas als Additiv in den Trägergasstrom aufgenommen und mit diesem dem Verbreπnungsraum zugeleitet wird. Als Trägergasstrom dient dabei die bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine angesaugte Luft. Somit wird zunächst das in Gasphase vorliegende Additiv der Ansaugluft beigemengt und zusammen mit dieser dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zugeführt, so dass auf diese Weise die mit dem Kraftstoff, beispielsweise dem Dieselkraftstoff zusammengeführte additiv/versetzte Luft das additivbeladene Kraftstoff-Luft- Gemisch darstellt.Such methods are used, for example, in order to be able to introduce an additive into the combustion process in an internal combustion engine. Additives are introduced into the combustion process of internal combustion engines in order to optimize the combustion process. In diesel internal combustion engines, additives are integrated into the combustion process so that the soot particles produced when the diesel fuel is burnt have a lower flash point than unadditized combustion. In addition to additives which are fed into the combustion chamber in liquid form via the fuel, methods are also known in which the additive in its gaseous state is fed to the combustion chamber via the air to be fed to the combustion chamber. Gaseous ferrocene, for example, is used as the gaseous additive, as is proposed in EP 0 543 477 B1. In the process described in this document, the sublimation of ferrocene, which is already in its solid state of aggregation, is used at relatively low temperatures in order to feed the ferrocene, which is brought into its gas phase from its solid state, to the combustion chamber as a result of the vapor pressure. To achieve this, a temperature of 20 C C to max. 175 ° C preheated carrier gas stream in a ferrocene in its solid aggregate containing sublimator, so that with appropriate pressure and temperature values in the area of the coexistence line between the solid and gaseous phase through the Sublimation formed ferrocene gas is added as an additive in the carrier gas stream and is fed with this to the Verreπnungsraum. The air sucked in during operation of the internal combustion engine serves as carrier gas flow. Thus, the additive present in the gas phase is initially added to the intake air and supplied together with it to the combustion chamber of the internal combustion engine, so that the additive / offset air combined with the fuel, for example the diesel fuel, represents the additive-laden fuel-air mixture.
Bei diesem vorbekannten Verfahren zum Beladen eines einem Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoff-Luft-Gemisches mit einem Additiv, nämlich Ferrocen wird zum Hervorrufen der Sublimation sowie zum Transport des in seine Gasphase überführten Fer- rocens ein Trägergasstrom benötigt. Da es sich bei diesem typischerweise um die bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine angesaugte Luft handelt, ist ein Transport des Additivs von einem Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig. Bei kalten Umgebungsbedingungen ist es bei einem Motorstart zum bestimmungsgemäßen Zuführen des Additivs notwendig, den Trägergasstrom mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung zu erwärmen, zumindest solange, bis die Abwärme des Dieselmotors zum Erwärmen des Trägergasstroms genutzt werden kann. Temperaturunterschiede im Trägergasstrom haben unterschiedliche Sublimationsraten zur Folge, so dass eine exakte und vor allem ausreichende Dosierung des dem Verbrennungsraum zuzuführenden Additivs nur angenähert erfolgen kann.In this previously known method for loading a fuel-air mixture to be supplied to a combustion chamber of an internal combustion engine with an additive, namely ferrocene, a carrier gas stream is required to cause sublimation and to transport the ferocene converted into its gas phase. Since this is typically the air drawn in during operation of the internal combustion engine, the transport of the additive is dependent on the operation of the internal combustion engine. In cold ambient conditions, when the engine is started to supply the additive as intended, it is necessary to heat the carrier gas stream with an additional heating device, at least until the waste heat of the diesel engine can be used to heat the carrier gas stream. Differences in temperature in the carrier gas stream result in different sublimation rates, so that an exact and, above all, sufficient metering of the additive to be fed to the combustion chamber can only be approximated.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren sowie die eingangs genannte Vorrichtung dergestalt weiterzubilden, dass mit dem Verfahren sowie mit der Vorrichtung eine exaktere Dosierung vor allem kleinster Mengen des gasförmigen Stoffes an die in Betrieb befindliche Maschine vorgenommen werden kann.Proceeding from this discussed prior art, the invention is therefore based on the object of developing the method mentioned at the outset and the device mentioned at the outset in such a way that the method and the device allow more precise metering, especially of the smallest amounts of the gaseous substance to the one in operation Machine can be made.
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird erfϊndungsgemäß durch ein eingangs genanntes Verfahren gelöst, bei dem der Stoff vor Überführen in seinen gasförmigen Aggregatzustand verflüssigt wird, bevor dieser zu sei- ner Dosierung im Zuge weiteren Erwärmens in seinen gasförmigen Aggregatzustand gebracht wird.According to the invention, the process-related problem is solved by a method mentioned at the outset, in which the substance is liquefied before being converted into its gaseous state before it is ner dosage is brought into its gaseous state in the course of further heating.
Bei diesem Verfahren wird der beispielsweise in seinem festen Aggregatzustand vorhandene Stoff, etwa festes Ferrocen, wenn der Stoff als Additiv zum Zuführen desselben in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, soweit durch eine entsprechend konzipierte Heizeinrichtung erwärmt, dass sich dieses verflüssigt und die auf diese Weise beispielsweise gebildete Additiv-Flüssigkeit über ihren Siedepunkt gebracht wird, um das Additiv in seinen gasförmigen Aggregatzustand zu überführen. Mit dieser Maßnahme kann - wenn gewünscht - in einem Reaktor ein ausreichender Überdruck erzeugt werden, damit das erzeugte Additivgas aufgrund des in dem Reaktor herrschenden Druckes grundsätzlich ohne weiteres in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine eingeleitet werden kann. Zweckmäßigerweise wird man jedoch zur besseren Vermischung das erzeugte Additivgas in eine dem Verbrennungsraum ein Gas zuführende Leitung, beispielsweise in die Luftansaugleitung einbringen. Das unmittelbare Erwärmen des in seinem festen Aggregatzustand bevorrateten Additivs zum Verflüssigen und anschließendem Verdampfen desselben ist mit einfachen Mitteln umsetzbar. Das Betreiben eines das Additiv in fester Form »beinhaltenden Reaktors, in dem durch das beschriebene Aufheizverfahren ein über dem Umgebungsdruck befindlicher Innendruck nach einer ersten Inbetriebnahme der Heizeinrichtung herrscht, ermöglicht zudem eine sehr genaue Dosierung des erzeugten Additivgases. Die Heizeinrichtung wird zum Verflüssigen und Verdampfen des Additivs zweckmäßigerweise dergestalt betrieben, dass ein weitestgehend konstanter Innendruck in dem Reaktor aufrechterhalten wird. Als Heizeinrichtung kann ein stabförmiger, in das in fester Form vorliegende Additiv hineinreichender Heizkörper vorgesehen sein. Da die benötigte Additivmenge nur gering ist, braucht von diesem Heizkörper nicht notwendigerweise das gesamte in fester Form bevorratete Additiv verflüssigt zu werden, sondern es ist ausreichend, wenn nur ein Teil desselben verflüssigt wird und flüssig gehalten wird, aus welchem verflüssigten Additiv das Additivgas heraus verdampft wird. Eine solche Heizeiπrichtung erstreckt sich zweckmäßigerweise bis in den Bereich des Ausganges des Reaktors hinein, in dem eine Drosseleinrichtung zum Dosieren des abströmenden Additivgases angeordnet ist. Sich gegebenenfalls bei einer Abkühlung aus seiner Gasphase in seine feste Form zurückbildendes Additivgas kann grundsätzlich eine Dosiereinrichtung, wie beispielsweise eine Drossel oder ein Taktventil ganz oder auch nur teilweise zusetzen. Bei erneuter Inbetriebnahme der Heizeinrichtung wird dieses zurückgebildete Additiv durch die benachbarte Anordnung einer solchen Dosiereinrichtung zur Heizeinrichtung ohne weiteres wieder in seine Gasphase überführt, so dass derartige Kondensationserscheinungen gerade an den für eine Dosierung kritischen Elementen den gewünschten Zustrom des Additivgases in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine nicht beeinträchtigen.In this method, the substance, for example in its solid state, such as solid ferrocene, if the substance is intended as an additive for supplying it to the combustion chamber of an internal combustion engine, is heated by an appropriately designed heating device to the extent that it liquefies and in this way for example, additive liquid formed is brought above its boiling point in order to convert the additive into its gaseous state. With this measure, if desired, a sufficient overpressure can be generated in a reactor so that the additive gas generated can in principle be easily introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine due to the pressure prevailing in the reactor. For better mixing, however, the additive gas generated is expediently introduced into a line supplying a gas to the combustion chamber, for example into the air intake line. The immediate heating of the additive, which is stored in its solid state, for liquefaction and subsequent evaporation thereof can be implemented with simple means. The operation of a reactor containing the additive in solid form, in which the described heating process results in an internal pressure above the ambient pressure after the heating device has been started up for the first time, enables a very precise metering of the additive gas generated. The heating device is advantageously operated to liquefy and evaporate the additive in such a way that a largely constant internal pressure is maintained in the reactor. A rod-shaped radiator which extends into the additive in solid form can be provided as the heating device. Since the amount of additive required is only small, this heater does not necessarily have to liquefy all of the additive stored in solid form, but it is sufficient if only a part of it is liquefied and kept liquid, from which liquefied additive the additive gas evaporates becomes. Such a heating device expediently extends into the area of the outlet of the reactor in which a throttle device for metering the outflowing additive gas is arranged. If necessary, with a Additive gas which cools back from its gas phase to its solid form can in principle completely or partially block a metering device, such as a throttle or a clock valve. When the heating device is started up again, this regressed additive is readily converted back into its gas phase by the adjacent arrangement of such a metering device for the heating device, so that such condensation phenomena, particularly on the elements critical for metering, do not impair the desired flow of the additive gas into the combustion chamber of the internal combustion engine ,
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Stoff für den Prozess des Dosierens aus seinem flüssigen Aggregatzustand durch Wärmezufuhr unter Einsatz zumindest eines elektrischen Heizkörpers in seinen gasförmigen Aggregatzustand überführt wird und eine Dosierung durch die jeweils produzierte Menge des gasförmigen Stoffes gesteuert wird,In a preferred embodiment of the method, it is provided that the substance for the metering process is converted from its liquid state of matter into its gaseous state of matter by supplying heat using at least one electric heating element, and a dosage is controlled by the amount of the gaseous substance produced in each case,
- indem der in seinem flüssigen Aggregatzustand befindliche Stoff auf Siedetemperatur gehalten wird,- by keeping the substance in its liquid state at boiling temperature,
- unter Ausnutzung einer definierten Wärmespeicherkapazität des Heizkörpers der zumindest eine gleichfalls die Temperatur des flüssigen Stoffes aufweisende Heizkörper Bestromungsparameter abhängig um eine definierte Wärmemenge über die Siedetemperatur des Stoffes hinaus erwärmt wird und- Using a defined heat storage capacity of the radiator, the at least one heating element, which also has the temperature of the liquid substance, is heated depending on the current flow parameters by a defined amount of heat above the boiling point of the substance and
- die definierte, in den Heizkörper und/oder seinen Wärmespeicher eingespeiste Wärme durch Wärmeleitung an den auf Siedetemperatur befindlichen Stoff übertragen wird und dadurch eine zur übertragenen Wärmemenge proportionale Menge des Stoffes in seinen gasförmigen Aggregatzustand überführt wird,the defined heat fed into the radiator and / or its heat store is transferred by heat conduction to the substance which is at the boiling point and thereby a quantity of the substance which is proportional to the quantity of heat transferred is converted into its gaseous state,
- wobei die in den gasförmigen Aggregatzustand gebrachte Stoffmenge eine Dosis des der in Betrieb befindlichen Maschine zuzuführenden Stoffes ist.- The amount of substance brought into the gaseous state is a dose of the substance to be fed to the machine in operation.
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.The device-related object is achieved by a device having the features of claim 12.
Bei dem Verfahren der vorgenannten bevorzugten Ausgestaltung und ent- sprechendes gilt auch für die beanspruchte Vorrichtung erfolgt eine Dosierung durch Ansteuern zumindest eines elektrischen Heizkörpers, Übertragen der gebildeten Wärme an den in seinem flüssigen Aggregatzustand vorliegenden Stoff und Erzeugen der entsprechend der übertragenen Wärme proportional erzeugten Menge des gasförmigen Stoffes, beispielsweise von gasförmigen Ferrocen. Bei diesem Verfahren wird der Stoff, aus dem der gasförmige Stoff produziert werden soll, in seinem flüssigen Aggregatzustand auf Siedetemperatur gehalten. Durch einen innerhalb des in seinem flüssigen Aggregatzustand befindlichen und auf Siedetemperatur gehaltenen Stoffs angeordneten Kontaktheizkörpers oder durch einen solchen, der in den flüssigen Stoff hineinreicht, wird eine definierte Wärmemenge durch Wärmeleitung auf den Stoff übertragen. Zum Definieren der an den flüssigen Stoff übertragenen Wärmemenge wird die Wärmespeicherkapazität des Heizkörpers genutzt. Da die Erwärmung eines Heizkörpers entsprechend den anliegenden Bestromungsparametern über die Kennlinie des Heizkörpers sowie seine Masse bekannt sind, kann über die Parameter der Ansteuerung des Heizkörpers eine definierte Wärmemenge in den Heizkörper bzw. seinen Wärmespeicher eingebracht werden.In the method of the aforementioned preferred embodiment and The same applies to the claimed device, metering is carried out by actuating at least one electric radiator, transferring the heat generated to the substance in its liquid state and generating the amount of the gaseous substance, for example gaseous ferrocene, which is generated in proportion to the heat transferred. In this process, the substance from which the gaseous substance is to be produced is kept at its boiling point in its liquid state. A defined amount of heat is transferred to the material by heat conduction by means of a contact heating element which is arranged within the material in its liquid state and is kept at the boiling temperature or which extends into the liquid material. The heat storage capacity of the radiator is used to define the amount of heat transferred to the liquid substance. Since the heating of a radiator is known via the characteristic curve of the radiator and its mass in accordance with the current supply parameters present, a defined amount of heat can be introduced into the radiator or its heat store via the parameters of the control of the radiator.
Das Einbringen einer definierten Wärmemenge zum Verdampfen der gβr wünschten Stoffmenge aus dem siedenden Flüssigkeitsbad kann kontinuierlich oder auch durch getaktetes Erwärmen des Heizkörpers um eine definierte Wärmemenge über die Siedetemperatur des in seinem flüssigen Aggregatzustand befindlichen Stoffes erfolgen. Durch Wärmeleitung wird die in den Heizkörper oder seinen Wärmespeicher eingespeiste bzw. darin gebildete Wärme an den angrenzenden und auf Siedetemperatur befindlichen Stoff übertragen. Folglich wird auf diese Weise dem auf Siedetemperatur befindlichen Stoff eine definierte Wärmemenge zugeführt. Unter Kenntnis der zum Überführen einer auf Siedetemperatur befindlichen Stoffmenge in seine Gasphase benötigte Wärmemenge verdampft aus dem auf Siedetemperatur befindlichen Stoff eine der eingebrachten zusätzlichen Wärmemenge entsprechende Stoffmenge, die sodann eine Dosis des der in Betrieb befindlichen Maschine zuzuführenden Stoffes ist. Ausgenutzt wird bei diesem Verfahren, dass der Wärmeübergang von dem Heizkörper bzw. seinem Wärmespeicher auf eine angrenzende siedende Flüssigkeit um mehrere Zehnerpotenzen besser ist als der Wärmeübergang auf ein angrenzendes Gas. Aus diesem Grunde ist es für die Genauigkeit einer Dosierung des gasförmigen Stoffes unerheblich, ob der Heizkörper insgesamt in die siedende Flüssigkeit eingetaucht ist oder teilweise aus dieser herausragt, letzteres beispielsweise nach Verbrauch eines Teils des Stoffes.The introduction of a defined amount of heat to evaporate the desired amount of substance from the boiling liquid bath can be carried out continuously or by clocked heating of the radiator by a defined amount of heat above the boiling point of the substance in its liquid state. By means of heat conduction, the heat fed into the radiator or its heat accumulator or formed therein is transferred to the adjacent substance which is at boiling temperature. As a result, a defined amount of heat is supplied to the substance at the boiling point. Knowing the amount of heat required to convert a quantity of substance at the boiling point into its gas phase evaporates from the substance at the boiling point a quantity of substance corresponding to the additional quantity of heat introduced, which is then a dose of the substance to be fed to the machine in operation. This method makes use of the fact that the heat transfer from the radiator or its heat store to an adjacent boiling liquid by several orders of magnitude is better than the heat transfer to an adjacent gas. For this reason, it is irrelevant for the accuracy of a metering of the gaseous substance whether the heating element is immersed in the boiling liquid or partially protrudes from it, the latter, for example, after a portion of the substance has been consumed.
Bei einer Dosierung, gemäß der eine bestimmte Stoffmenge je Zeiteinheit dosiert werden soll, ist es zweckmäßig, den Füllstand in der Folge der Heizimpulse zu berücksichtigen. Jedem Heizimpuls ist eine bestimmte Ferrocen-Menge (Ferrocen-Masse) zugeordnet, so dass durch Zählen der Heizimpulse die betriebsabhängige Füllstandshöhe bestimmt und als Korrekturgröße verwendet werden kann.When dosing, according to which a certain amount of substance is to be dosed per unit of time, it is advisable to take the level into account in the sequence of the heating impulses. A specific amount of ferrocene (ferrocene mass) is assigned to each heating pulse, so that the operational level can be determined by counting the heating pulses and used as a correction variable.
Vor allem zum Erzeugen kleiner und kleinster Mengen des benötigten gasförmigen Stoffes wird die Wärmespeicherkapazität des Heizkörpers bzw. seines Wärmespeichers genutzt. Eine Ansteuerung des Heizkörpers kann beispielsweise in einem vorgegebenen Takt vorgenommen werden. Die dabei durchgeführten Heizimpulse können so kurz bemessen sein kann, dass zwar der Heizkörper erwärmt, die erzeugte Wärme jedoch während der Dauer des Heizimpulses noch nicht auf den im Siedezustand befindlichen Stoff übertragen werden. Eine Wärmeübertragung auf .die angrenzende siedende Flüssigkeit erfolgt sodann mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung. Infolge der wärmeleitenden Verbindung zwischen dem Heizkörper bzw. seinem Wärmespeicher und der siedenden Flüssigkeit fließt die in dem Heizkörper gebildete Wärme dem Grundsatz folgend, dass eine Wärmeübertragung vom höheren Energieniveau auf das niedrigere stattfindet, an die siedende Flüssigkeit ab. Aus dieser wird entsprechend der eingeflossenen Wärmemenge eine entsprechende Stoffmenge in seinen gasförmigen Aggregatzustand überführt. Eine zeitliche Taktung der Ansteuerung des oder der Heizkörper zum Produzieren des gasförmigen Stoffes erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem solchen Takt, bei dem der zeitliche Abstand zwischen zwei Heizimpulsen so bemessen ist, dass im wesentlichen die gesamte in einem Heiztakt in dem Wärmekörper erzeugte Wärme an die siedende Flüssigkeit abgegeben ist und der Heizkörper bzw. sein Wärmespeicher zu Beginn des nächsten Heizimpulses wieder seine Ausgangstemperatur hat, nämlich die der sie- denden Flüssigkeit.The heat storage capacity of the radiator or its heat store is used primarily to generate small and very small quantities of the required gaseous substance. The radiator can be activated, for example, in a predetermined cycle. The heating impulses carried out can be so short that the radiator heats up, but the heat generated is not transferred to the substance in the boiling state during the duration of the heating impulse. A heat transfer to the adjacent boiling liquid then takes place with a certain time delay. As a result of the heat-conducting connection between the heating element or its heat accumulator and the boiling liquid, the heat generated in the heating element flows out to the boiling liquid based on the principle that heat transfer takes place from the higher energy level to the lower one. From this, a corresponding amount of substance is converted into its gaseous state in accordance with the amount of heat that has flowed in. A timing of the control of the radiator or heaters for producing the gaseous substance takes place according to an embodiment with such a cycle, in which the time interval between two heating pulses is dimensioned such that essentially all of the heat generated in the heating body in a heating cycle to the boiling liquid is released and the radiator or its heat accumulator has its initial temperature again at the beginning of the next heating pulse, namely that of the liquid.
Die Ansteuerung des Heizkörpers kann - wie bereits erwähnt - entsprechend einem vorgegebenen Zeittakt erfolgen, um während eines Be- triebszyklusses der Maschine in durch den Zeittakt vorgegebenen Abständen eine Dosis des gasförmigen Stoffes bereitzustellen. Eine solche Ansteuerung eignet sich insbesondere bei einem Betrieb von Maschinen, beispielsweise Brennkraftmaschinen, die nur geringen dynamischen Wechseln ausgesetzt sind. Gleichfalls ist es möglich, den oder die für die Produktion des gasförmigen Stoffes vorgesehenen Heizkörper in Abhängigkeit von Betriebszustandsdaten der Maschine, beispielsweise der Brennkraftmaschine anzusteuern oder auch eine getaktete Ansteuerung an ermittelte und somit aktuelle Betriebszustandsdaten anzupassen.As already mentioned, the heating element can be controlled according to a predetermined time cycle in order to provide a dose of the gaseous substance at intervals specified by the time cycle during an operating cycle of the machine. Such a control is particularly suitable when operating machines, for example internal combustion engines, which are only exposed to slight dynamic changes. Likewise, it is possible to control the radiator (s) provided for the production of the gaseous substance as a function of the operating status data of the machine, for example the internal combustion engine, or to adapt a clocked control to the determined and thus current operating status data.
Als Heizkörper zum Einbringen der benötigten Wärme zum Erzeugen einer bestimmten Menge des gasförmigen Stoffes eignen sich vor allem Widerstandheizelemente mit einem positiven, nicht linearen Temperatur- koeffizieπten, insbesondere sogenannte PTC-Widerstandheizelemente. Derartige Widerstandheizelemente haben oberhalb einer definierten Ansprechtemperatur, die der Curietemperatur entspricht, einen exponentiell ansteigenden Widerstand, während unterhalb der Ansprechtemperatur derartige Widerstandheizelemente einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen und der Widerstand trotz zunehmender Temperatur bis zur Curietemperatur nicht bzw. nur unwesentlich erhöht. Die Ansprechtemperatur ist materialabhängig. Damit kann in Abhängigkeit von der Materialwahl unter Ausnutzung der Ansprechtemperatur die maximale Erwärmungstemperatur eines solchen Widerstandheizelementes eingestellt werden. Ein Überhitzen der Heizelemente und ebenso des zu erwärmenden Stoffes kann dadurch vermieden werden. Bei Einsatz von Ferrocen, das mittels eines solchen PTC-Widerstandheizelementes auf seiner Siedetemperatur von etwa 249°C bei einem Umgebungsdruck von 1 bar gehalten werden soll und mit welchem Widerstandheizelement ebenfalls durch entsprechende Bestromung eine definierte Wärmemenge zum Erzeugen der gewünschten Dosis gasförmigen Ferrocens in das siedende Ferrocen eingebracht wird, wird man zweckmäßigerweise mit einer Ansprechtemperatur von etwa 270 - 290°C ausstatten. Möglich ist es auch, einen oder mehrere PTC-Heizkörper mit einer Ansprechtemperatur von etwa 249°C vorzusehen, mit denen das flüssige Ferrocen auf seiner Siedetemperatur gehalten wird. Ein oder mehrere weitere PTC-Heizkörper mit einer höheren Ansprechtemperatur können dann zum Erzeugen der jeweils benötigten Ferrocengas-Dosis zusammen mit vorgenannten Heizkörpern in die siedende Flüssigkeit eintauchend angeordnet sein.Resistance heating elements with a positive, non-linear temperature coefficient, in particular so-called PTC resistance heating elements, are particularly suitable as the heating element for introducing the heat required to generate a certain amount of the gaseous substance. Such resistance heating elements have an exponentially increasing resistance above a defined response temperature, which corresponds to the Curie temperature, while such resistance heating elements have a negative temperature coefficient below the response temperature and the resistance does not increase or increases only insignificantly despite the increasing temperature up to the Curie temperature. The response temperature depends on the material. Depending on the choice of material, the maximum heating temperature of such a resistance heating element can thus be set using the response temperature. Overheating of the heating elements and also the material to be heated can be avoided. When using ferrocene, which is to be kept at its boiling temperature of around 249 ° C at an ambient pressure of 1 bar by means of such a PTC resistance heating element and with which resistance heating element a defined amount of heat for generating the desired dose of gaseous ferrocene in the boiling is also generated by appropriate energization Ferrocene is introduced, it will be conveniently equipped with a response temperature of about 270 - 290 ° C. It is also possible to use one or more PTC radiators with a response temperature 249 ° C, with which the liquid ferrocene is kept at its boiling temperature. One or more further PTC radiators with a higher response temperature can then be arranged to be immersed in the boiling liquid together with the aforementioned radiators in order to generate the ferrocene gas dose required in each case.
Eine vorteilhafte Verfahrensausgestaltung ergibt sich, wenn aus einem Vorrat des in flüssiger und/oder fester Form vorliegenden Stoffes nur ein kleiner Anteil davon auf seiner Siedetemperatur gehalten wird. Dieses hat nicht nur zum Vorteil, dass das System rascher betriebsbereit ist, sondern dass dieses auch mit nur geringerem Energiebedarf betrieben werden kann. Bei einem Einsatz von Ferrocen als Stoff, der gasförmig dosiert werden soll, bietet es sich an, das Ferrocen grundsätzlich in seiner festen Form in einem Vorratsbehälter - einem Reaktor - unterzubringen. In dem Reaktor wird beispielsweise durch ein sich vertikal erstreckendes Rohr eine Siedekammer gebildet, innerhalb der das oder die Heizkörper zum Halten des darin befindlichen flüssigen Ferrocens auf seiner Siedetemperatur und zum Produzieren der benötigten Ferrocengas-Dosen angeordnet sind. Der eine oder die mehreren Heizkörper befinden sich zweckmäßigerweise in axialer Anordnung in einem solchen Rohr und sind somit konzentrisch von dem Rohr umschlossen. Der zwischen dem oder den Heizkörpern und der Inπenwandung des Rohrs befindliche Spalt stellt sodann die eigentliche Siedekammer dar. Eine auf diese Weise gebildete Siedekammer steht in Flüssigkeitsverbindung mit dem weiteren Vorrat des Stoffes innerhalb des Reaktors. Zweckmäßig ist eine Ausgestaltung, bei der ein solches Rohr mit seinem unteren Ende in einen Sammler hineinreicht, in dem der in dem weiteren Raum des Reaktors - dem Vorratsraum - aus seinem festen in seinen flüssigen Aggregatzustand gebrachte Stoff, etwa das Ferrocen, einfließt. Zu diesem Zweck sind in dem Vorratsraum eines solchen Reaktors ein oder mehrere weitere Heizeinrichtungen, die beispielsweise ebenfalls als PTC-Widerstandheizelemente ausgebildet sein können, angeordnet. Bei Einsatz von PTC-Widerstandheizelementen werden zweckmäßig solche eingesetzt, die eine Ansprechtemperatur aufweisen, die etwas oberhalb der Schmelztemperatur des festen Stoffes ist. Bei einem Einsatz von Ferrocen, dessen Schmelztemperatur bei etwa 173°C liegt, können die PTC-Widerstandselemente eine Ansprechtemperatur von etwa 190 - 200°C aufweisen. Unter Ausnutzung der durch die Ansprechtemperatur dieser PTC-Widerstandheizelemente definierten Charakteristik, durch die eine Erwärmung über die Ansprechtemperatur hinaus nicht oder so gut wie nicht gegeben ist, brauchen keine weiteren, ansonsten für eine Temperaturregelung notwendige Komponenten, wie beispielsweise Thermostate oder dergleichen eingesetzt werden.An advantageous embodiment of the method is obtained if only a small proportion of this is kept at its boiling point from a supply of the substance in liquid and / or solid form. This not only has the advantage that the system is ready for operation more quickly, but that it can also be operated with less energy consumption. If ferrocene is used as a substance to be metered in gaseous form, it makes sense to store the ferrocene in its solid form in a storage container - a reactor. In the reactor, for example, a boiling chamber is formed by a vertically extending tube, within which the heating element or elements are arranged for keeping the liquid ferrocene therein at its boiling temperature and for producing the required ferrocene gas cans. The one or more radiators are expediently arranged axially in such a tube and are therefore concentrically enclosed by the tube. The gap located between the radiator (s) and the inner wall of the tube then represents the actual boiling chamber. A boiling chamber formed in this way is in fluid communication with the further supply of the substance inside the reactor. A design is expedient in which such a tube extends with its lower end into a collector, in which the substance brought into its liquid state, such as ferrocene, from the solid state of the reactor - the storage space - flows in. For this purpose, one or more further heating devices, which can also be designed as PTC resistance heating elements, for example, are arranged in the storage space of such a reactor. When using PTC resistance heating elements, it is expedient to use those which have a response temperature which is somewhat above the melting temperature of the solid material. When using ferrocene, whose melting temperature is around 173 ° C, the PTC resistance elements can have a response temperature of around 190 - 200 ° C. Taking advantage of the Characteristic defined by the response temperature of these PTC resistance heating elements, by means of which heating beyond the response temperature does not exist or is virtually non-existent, does not require any further components, such as thermostats or the like, which are otherwise necessary for temperature control.
Im Falle einer Kammerung des Reaktors in vorbeschriebener Art und Weise ist es zweckmäßig, wenn das die Kammerung ausbildende Rohr eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist und somit als thermischer Isolator zwischen der höheren Temperatur in der Siedekammer und der geringeren Temperatur in dem Vorratsraum dient. Bei einer solchen Ausgestaltung kann bei einer getakteten Ansteuerung des Heizelementes zum Aufrechterhalten der Siedetemperatur bzw. zum Abgeben der gewünschten gasförmigen Stoffmengen davon ausgegangen werden, dass nach einem Heizimpuls sich das beispielsweise auf 290°C oder 300°C erwärmte PTC-Widerstandsheizelement auf die Siedetemperatur des flüssigen Stoffes abkühlt. In Abhängigkeit von dem Betriebsdruck, der dem Umgebungsdruck entspricht, ist die Siedetemperatur höher oder niedriger. Wenn bei einem Einsatz von Ferrocen die Siedetemperatur bei 249°C liegt, sinkt diese mit sinkendem Uimgebungsdruck ab. Wird das Verfahren in einem Kraftfahrzeug durchgeführt, stellt sich regelmäßig eine solche Situation ein, wenn das Kraftfahrzeug sich auf entsprechenden Höhen befindet. Die bei einem solchen verringerten Betriebsdruck abgesenkte Siedetemperatur kann beispielsweise durch ein Thermoelement ermittelt werden. Ermitteln lässt sich die Siedetemperatur auch durch das PTC-Widerstandsheizelement. Nach einem Heizimpuls kühlt sich dieses anschließend ab. Typischerweise sind die Heizimpulse zeitlich soweit voneinander beabstandet, dass dieser Zustand eingetreten ist. Folglich kann vor einem Heizimpuls der Widerstand des PTC-Widerstandsheizele- mentes gemessen und über den Widerstand die Siedetemperatur bestimmt werden. Dieses kann für eine Anpassung der Ferrocen-Massendo- sierung zweckmäßig sein. Die vor einem solchen Heizimpuls ermittelte Temperatur kann auch über den Gradienten zwischen dem PTC-Heizele- ment und der siedenden Flüssigkeit berechnet werden. Eine Auswertung der ermittelten Siedetemperatur kann ferner durch Abgleichen aktueller Siedetemperaturwerte mit vorangegangenen Messungen erfolgen. Zum Produzieren der gewünschten Dosis des gasförmigen Stoffes kann beispielsweise ein einziges, in der Siedekammer angeordnetes PTC- Heizelement dienen, das kontinuierlich bestromt ist. Ausgenutzt werden hierbei die vorgenannten Eigenschaften eines PTC- Widerstandsheizelementes, das bei einer bestimmten vordefinierten Temperatur keine weitere Erwärmung zulässt. In einem solchen Fall wird man das PTC-Heizelement zweckmäßigerweise so klein wählen, dass die kontinuierliche gasförmige Stoffmenge derjenigen entspricht, die benötigt wird. Bei einer solchen Ausgestaltung erfolgt eine kontinuierliche Dosierung.In the case of chambering the reactor in the manner described above, it is expedient if the tube forming the chamber has poor thermal conductivity and thus serves as a thermal insulator between the higher temperature in the boiling chamber and the lower temperature in the storage room. With such a configuration, it can be assumed with a clocked activation of the heating element to maintain the boiling temperature or to release the desired gaseous substance quantities that after a heating pulse, the PTC resistance heating element, heated to 290 ° C or 300 ° C, for example, will reach the boiling temperature of the liquid substance cools down. Depending on the operating pressure, which corresponds to the ambient pressure, the boiling temperature is higher or lower. If the boiling temperature is 249 ° C when using ferrocene, it decreases with a decrease in the surrounding pressure. If the method is carried out in a motor vehicle, such a situation arises regularly when the motor vehicle is at appropriate heights. The boiling temperature lowered at such a reduced operating pressure can be determined, for example, by a thermocouple. The boiling temperature can also be determined using the PTC resistance heating element. After a heating pulse, it then cools down. The heating pulses are typically spaced apart from one another to such an extent that this state has occurred. Consequently, the resistance of the PTC resistance heating element can be measured before a heating pulse and the boiling temperature can be determined via the resistance. This can be useful for adjusting the ferrocene mass metering. The temperature determined before such a heating pulse can also be calculated using the gradient between the PTC heating element and the boiling liquid. The determined boiling temperature can also be evaluated by comparing current boiling temperature values with previous measurements. To produce the desired dose of the gaseous substance, for example, a single PTC heating element can be used, which is arranged in the boiling chamber and is continuously energized. The aforementioned properties of a PTC resistance heating element which do not allow any further heating at a certain predefined temperature are used here. In such a case, the PTC heating element will expediently be chosen so small that the continuous amount of gaseous substance corresponds to that which is required. With such a configuration, continuous metering takes place.
Einsetzen lässt sich das beschriebene Verfahren sowie die beschriebene Vorrichtung bei zahlreichen unterschiedlichen Anwendungsfällen, bei denen einer im Betrieb befindlichen Maschine vor allem kleine Dosen eines gasförmigen Stoffes zugeführt werden sollen. Eine solche Maschine kann beispielsweise auch eine Verpackungsmaschine sein, mit der kleine Dosen des dosierten Stoffes beispielsweise in ein Reagenzglas abgefüllt werden. In einem solchen Fall stellt die Verpackungs- bzw. Abfüllmaschine die im Betrieb befindliche Maschine dar. Lediglich zur weiteren Erklärung des Verfahrens sowie der Vorrichtung wird im Rahmen dieser Ausführungen beispielhaft auf eine Dosierung eines gasförmigen Additivs zum Zuführen in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine Bezug genommen. Das vorbeschriebene Verfahren lässt sich auch für eine Dosierung solcher Stoffe einsetzen, die unter Umgebungsbedingungen gasförmig sind und die zum Durchführen des Verfahrens gekühlt und/oder unter Druck gesetzt werden, um diesen Stoff in seinen flüssigen Aggregatzustand zu bringen und darin auf Siedetemperatur zu halten.The method described and the device described can be used in numerous different applications, in which, in particular, small doses of a gaseous substance are to be fed to a machine in operation. Such a machine can, for example, also be a packaging machine with which small doses of the metered substance are filled into a test tube, for example. In such a case, the packaging or filling machine represents the machine in operation. Only for further explanation of the method and the device, in the context of these statements, reference is made, for example, to metering a gaseous additive for supply into the combustion chamber of an internal combustion engine. The above-described method can also be used for dosing substances which are gaseous under ambient conditions and which are cooled and / or pressurized to carry out the method in order to bring this substance into its liquid state and to keep it at boiling temperature.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1: einen schematisierten Längsschnitt durch einen Reaktor zum Erzeugen eines gasförmigen Stoffes zum Zuführen an eine in Betrieb befindliche Maschine,1 shows a schematic longitudinal section through a reactor for generating a gaseous substance for supply to a machine in operation,
Fig. 2: einen Teilquerschnitt durch den unteren Bereich des Reaktors der Figur 1 undFig. 2: a partial cross section through the lower region of the reactor of Figure 1 and
Fig. 3: eine schematisierte Darstellung einer weiteren Vorrichtung zum Bereitstellen und Dosieren eines Stoffes in Gasphase.3: shows a schematic representation of a further device for providing and dosing a substance in the gas phase.
Ein Reaktor 1 dient bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zum Bevorraten eines festen Stoffes, nämlich Ferrocen 2 als Additiv, das in seinen gasförmigen Aggregatzustand überführt dem Verbrennungsraum einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine zugeführt wird. Der Reaktor 1 dient sowohl zum Bevorraten von Ferrocen als auch zum Erzeugen von gasförmigen Ferrocendosen im Rahmen einer Dosierung des gasförmigen Ferrocens. Der Reaktor 1 ist nach außen hin isoliert, um störende Wärmezu- und -abflüsse zu vermeiden. Der Reaktor 1 ist durch ein zentrales Vierkantrohr 3 gekammert ausgebildet, und zwar in einen außerhalb des Rohres 3 befindlichen Vorratsraum 4 und in eine von dem Rohr 3 eingeschlossene Siedekammer 5. Das Rohr 3 selbst besteht aus einem schlecht wärmeleitenden Material und dient somit als thermischer Isolator zwischen der Siedekammer 5 und dem Vorratsraum 4. An der Außenseite des Rohres 3 sind umfänglich verteilt mehrere Heizkörper 6, 6' mit einem gewissen Abstand zur äußeren Mantelfläche des Rohres 3 angeordnet. Die Heizkörper 6, 6' sind PTC-Widerstandheizelemente mit einer Ansprechtemperatur von etwa 190 - 200°C. Die Heizkörper 6, 6" dienen zum Verflüssigen des ursprünglich in fester Form in dem Reaktor 1 vorliegenden Ferrocen 2. Figur 1 zeigt den Reaktor 1 kurze Zeit nach seiner Inbetriebnahme, so dass durch die Heizelemente 6, 6' bereits ein bestimmter Anteil des in fester Form vorliegenden Ferrocens 2 über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt und somit verflüssigt worden ist. Das flüssige Ferrocen ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet.In the exemplary embodiment shown, a reactor 1 serves to store a solid substance, namely ferrocene 2 as an additive, which, in its gaseous state, is fed to the combustion chamber of an internal combustion engine (not shown). The reactor 1 serves both for storing ferrocene and for producing gaseous ferrocene cans as part of a metering of the gaseous ferrocene. The reactor 1 is insulated from the outside in order to avoid disturbing inflows and outflows of heat. The reactor 1 is chambered by a central square tube 3, namely in a storage space 4 located outside the tube 3 and in a boiling chamber 5 enclosed by the tube 3. The tube 3 itself consists of a poorly heat-conducting material and thus serves as a thermal insulator between the boiling chamber 5 and the storage space 4. On the outside of the tube 3, a plurality of radiators 6, 6 'are arranged circumferentially distributed at a certain distance from the outer surface of the tube 3. The radiators 6, 6 'are PTC resistance heating elements with a response temperature of approximately 190-200 ° C. The radiators 6, 6 "serve to liquefy the ferrocene 2 originally present in solid form in the reactor 1. FIG. 1 shows the reactor 1 a short time after it has been started up, so that the heating elements 6, 6 'already have a certain proportion of the solid The present ferrocene 2 has been heated above its melting point and has thus been liquefied The liquid ferrocene is identified in FIG.
Innerhalb des Rohres 3 ist ein weiterer PTC-Heizkörper 8 angeordnet. Der Heizkörper 8 ist für eine höhere Erwärmung ausgelegt als die Heizkörper 6, 6'. Die Ansprechtemperatur des Heizkörpers 8 liegt bei etwa 270 - 290°C. Der Heizkörper 8 ist zentrisch in dem Rohr 3 angeordnet. Der Heizkörper 8 dient zum Erwärmen des innerhalb der Siedekammer 5 befindlichen Ferrocens in seinem flüssigen Aggregatzustand auf seine Siedetemperatur und zum Halten des in der Siedekammer 5 befindlichen Ferrocens auf seiner Siedetemperatur. Das siedende Ferrocen ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet. Gleichfalls dient der Heizkörper 8 zum Einbringen einer definierten Wärmemenge in das siedende Ferrocen 9, um daraus entsprechend der eingebrachten Wärmemenge bzw. proportional zu dieser eine entsprechende Ferrocenmenge in seinen gasförmigen Aggregatzustand zu überführen, welche gasförmige Ferrocenmenge sodann die dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zuzuführende Additivdosis darstellt.Another PTC heating element 8 is arranged inside the tube 3. The radiator 8 is designed for higher heating than the radiators 6, 6 '. The response temperature of the radiator 8 is approximately 270-290 ° C. The heater 8 is arranged centrally in the tube 3. The heater 8 is used to heat the ferrocene located in the boiling chamber 5 in its liquid state to its boiling temperature and to keep the ferrocene in the boiling chamber 5 at its boiling temperature. The boiling ferrocene is in figure 1 marked with the reference number 9. Likewise, the radiator 8 is used to introduce a defined amount of heat into the boiling ferrocene 9 in order to convert a corresponding amount of ferrocene into its gaseous state of aggregation in accordance with the amount of heat introduced or in proportion to it, which amount of gaseous ferrocene then represents the additive dose to be fed to the combustion chamber of the internal combustion engine.
Das Rohr 3 ist mit den daran angeordneten Heizkörpern 6, 6' und 8 zentrisch in den Reaktor 1 eingesetzt und durch einen den Reaktor 1 oberseitig verschließenden Deckel 10 gehalten. Der Reaktor 1 ist vorgesehen in einer Anordnung, dass das Rohr 3 eine vertikale Ausrichtung aufweist. Das Rohr 3 greift mit seinem unteren Ende in einen verjüngten Abschnitt des Reaktors 1 ein, der als Sammler 11 bezeichnet ist. Das Rohr 3 dient oberseitig gleichfalls zum Auslassen des gebildeten Ferrocengases und zum Zuführen desselben in eine Zuführleitung 12 zum Zuführen des Ferrocengases in die Verbrennungskammer. Zu diesem Zweck kann die Zuführleitung 12 an die Saugseite der Luftzufuhr angeschlossen sein. Eine solche Saugleitung ist schematisiert in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 13 dargestellt. Die Zuführleitung 12 verfügt außenseitig über ein die Zuführleitung 12 manschettenartig umgebendes PTC-Widerstandsheizelement 14, um eine Rückkondensation zu vermeiden.The tube 3 with the radiators 6, 6 'and 8 arranged thereon is inserted centrally into the reactor 1 and held by a cover 10 which closes the top of the reactor 1. The reactor 1 is provided in an arrangement such that the tube 3 has a vertical orientation. The tube 3 engages with its lower end in a tapered section of the reactor 1, which is designated as the collector 11. The tube 3 also serves on the top side for discharging the ferrocene gas formed and for feeding it into a feed line 12 for feeding the ferrocene gas into the combustion chamber. For this purpose, the supply line 12 can be connected to the suction side of the air supply. Such a suction line is shown schematically in FIG. 1 with reference number 13. The supply line 12 has on the outside a PTC resistance heating element 14 which surrounds the supply line 12 in a cuff-like manner in order to avoid back condensation.
Bei der Inbetriebnahme der Brenn kraftmaschine werden gleichzeitig die Heizkörper 6, 6', 8 und 14 bestromt. Die Heizkörper 6, 6' mit ihrer Ansprechtemperatur von 190 - 200°C sorgen für ein Aufschmelzen einer bestimmten zunächst in fester Form vorliegenden Ferrocenmenge. Entsprechendes bewirkt eine Bestromung des Heizkörpers 8. Da die Siedekammer 5 mit dem Vorratsraum 4 durch den Sammler 11 in Flüssigkeitsverbindung steht, ist innerhalb und außerhalb des Rohres 3 ein gleicher Flüssigkeitsspiegel. Um innerhalb des Rohres 3 die Siedekammer möglichst hoch auszubilden, erstrecken sich die Heizkörper 6, 6' bis über den Ferrocenspiegel 15 innerhalb des Vorratsraums 4 des Reaktors 1.When starting the internal combustion engine, the radiators 6, 6 ', 8 and 14 are energized at the same time. The radiators 6, 6 'with their response temperature of 190-200 ° C ensure a melting of a certain amount of ferrocene initially present in solid form. Correspondingly, the radiator 8 is energized. Since the boiling chamber 5 is in liquid connection with the storage space 4 through the collector 11, the same liquid level is inside and outside the tube 3. In order to form the boiling chamber as high as possible within the tube 3, the radiators 6, 6 ′ extend beyond the ferrocene level 15 within the storage space 4 of the reactor 1.
Auch der Heizkörper 8 erwärmt zunächst das innerhalb der Siedekammer 5 bei einer Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine in fester Form vorliegende Ferrocen, um dieses zu verflüssigen. Aufgrund der höheren An- sprechtemperatur des Heizkörpers 8 wird das in der Siedekammer 5 befindliche Ferrocen bis auf seine Siedetemperatur von 249°C bei Normaldruck von 1 bar erwärmt. Bei Vorliegen anderer Umgebungsdruckbedingungen ist die Siedetemperatur entweder geringer (bei geringerem Umgebungsdruck) oder höher (bei höherem Umgebungsdruck). Der Heizkörper 8 ist entsprechend angesteuert, um das in der Siedekammer 5 befindliche Ferrocen 9 auf dieser Temperatur zu halten. Zum Erzeugen einer gasförmigen Ferrocendosis wird der Heizkörper 8 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem vorgegebenen Takt über die Siedetemperatur des Ferrocens hinaus erwärmt, um eine definierte Ferrocenmenge in seinen gasförmigen Aggregatzustand zu überführen. Bei der Brennkraftmaschine, der das gasförmige Ferrocen zugeleitet werden soll, handelt es sich um eine stationäre Brennkraftmaschine, die keinen größeren Betriebszustandsschwankungen unterworfen ist. Daher ist es bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ausreichend, wenn in regelmäßigen Abständen eine definierte Ferrocengas-Dosis in die Saugleitung 13 eingebracht wird. Aufgrund eintretender Vermischungen und Verteilungen mit der Saugluft, können mehrere Verbrennungszyklen der Brennkraftmaschine mit einer einzigen Ferrocengas-Dosis versorgt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Heizkörper 8 alle 10 Minuten für die Zeitdauer von etwa 2 Sekunden bestromt. Durch die Bestromung erwärmt sich der Heizkörper 8 den Bestromungsparametem entsprechend und erzeugt eine seiner Kennlinie entsprechende Wärmemenge. Die erzeugte Wärmemenge fließt sukzessive an die den Heizkörper 8 umgebende siedende Ferrocenflüssigkeit 9 ab mit der Folge, dass eine der abgegebenen Wärmemenge entsprechende Ferrocenmenge in seine Gasphase überführt wird. Dieser Vorgang ist in Figur 1 durch die geschlängelten Linien in der Siedekammer 5 symbolisiert dargestellt. Diese Linien symbolisieren das aufsteigende gebildete gasförmige Ferrocen. Infolge des bei dem Verdampfen entstehenden Überdruckes strömt der gebildete Ferrocendampf selbsttätig über die Zuführleitung 12 ab und in die Saugleitung 13 ein. Die jeweils benötigte Ferrocengasmenge ist sehr gering. Entsprechend gering ist die aus der Zuführleitung 12 ausströmende und in die Saugleitung 13 einströmende Ferrocengasmenge. Infolge des ungleich größeren Luftvolumenanteils in der Saugleitung 13 wird das Fer- rocengas sehr stark verdünnt. Dieser Vorgang ist gewünscht und hat zur Folge, dass infolge der Abkühlung des Ferrocengases innerhalb der Saugleitung 13 das Ferrocen wieder in seine feste Form gebracht wird, jedoch aufgrund der starken Verdünnung in mikroskopisch kleine Partikel, wie dieses in dem Aufriss innerhalb der Saugleitung 13 in Figur 1 schematisiert durch Punkte in dem Luftstrom gezeigt ist. Bei diesen Partikeln handelt es sich um Ferrocenkristalle, die in Figur 1 mit dem Bezugszeichen FK bezeichnet sind. Diese mikroskopisch kleinen Partikel FK wiederum werden ohne weiteres mit dem in der Saugleitung 13 strömenden Luftstrom transportiert und dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt. Ein Zusetzen von in der Saugleitung befindlicher Elemente durch zurückgebildetes Ferrocen ist dadurch wirksam verhindert.The heater 8 also first heats the ferrocene present in solid form within the boiling chamber 5 when the internal combustion engine is started up, in order to liquefy it. Due to the higher speaking temperature of the radiator 8, the ferrocene located in the boiling chamber 5 is heated to its boiling temperature of 249 ° C. at normal pressure of 1 bar. If other ambient pressure conditions exist, the boiling temperature is either lower (at lower ambient pressure) or higher (at higher ambient pressure). The heating element 8 is controlled accordingly in order to keep the ferrocene 9 in the boiling chamber 5 at this temperature. In order to generate a gaseous dose of ferrocene, the heating element 8 in the embodiment shown is heated in a predetermined cycle above the boiling temperature of the ferrocene in order to convert a defined amount of ferrocene into its gaseous state. The internal combustion engine to which the gaseous ferrocene is to be fed is a stationary internal combustion engine which is not subject to major fluctuations in the operating state. It is therefore sufficient in the exemplary embodiment shown if a defined dose of ferrocene gas is introduced into the suction line 13 at regular intervals. As a result of mixing and distribution with the suction air, several combustion cycles of the internal combustion engine can be supplied with a single dose of ferrocene gas. In the illustrated embodiment, the radiator 8 is energized every 10 minutes for a period of about 2 seconds. As a result of the energization, the heating element 8 heats up according to the energization parameters and generates a quantity of heat corresponding to its characteristic. The amount of heat generated flows successively to the boiling ferrocene liquid 9 surrounding the radiator 8, with the result that an amount of ferrocene corresponding to the amount of heat given off is converted into its gas phase. This process is symbolized in FIG. 1 by the meandering lines in the boiling chamber 5. These lines symbolize the ascending gaseous ferrocene. As a result of the excess pressure which arises during the evaporation, the ferrocene vapor formed automatically flows off via the feed line 12 and into the suction line 13. The amount of ferrocene gas required is very small. The amount of ferrocene gas flowing out of the feed line 12 and flowing into the suction line 13 is correspondingly small. As a result of the disproportionately greater proportion of air volume in the suction line 13, the ferro-gas is very strongly diluted. This process is desired and has Consequence that due to the cooling of the ferrocene gas within the suction line 13, the ferrocene is brought back into its solid form, but due to the strong dilution into microscopic particles, as this is schematized in the elevation within the suction line 13 in FIG is shown. These particles are ferrocrystals, which are denoted in FIG. 1 by the reference symbol FK. These microscopic particles FK are in turn easily transported with the air flow flowing in the suction line 13 and fed to the combustion chamber of the internal combustion engine. This effectively prevents clogging of elements in the suction line due to receding ferrocene.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt des Rohres 3 mit dem darin angeordneten Heizkörper 8. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass es sich bei der Siedekammer 5 letztendlich um einen Ringspalt zwischen dem Heizkörper 8 und der Innenwandung des Rohres 3 handelt. Die lichte Weite des Ringspaltes kann relativ klein vorgesehen sein, so dass die in der Siedekammer befindliche Ferrocenmenge ebenfalls entsprechend klein ist. Mit einem entsprechend geringen Energiebedarf kann daher das in der Siedekammer 5 befindliche Ferrocen erwärmt und insbesondere auf seiner Siedetemperatur gehalten werden. Die geringe, in der Siedekammer 5 befindliche Ferrocenmenge hat auch zur Folge, dass der Reaktor 1 rasch, innerhalb weniger Sekunden betriebsbereit ist und sodann unmittelbar nach einer Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine dieser mit der benötigten Additivdosis betrieben werden kann.FIG. 2 shows a cross section of the tube 3 with the heating element 8 arranged therein. It is clear from this illustration that the boiling chamber 5 is ultimately an annular gap between the heating element 8 and the inner wall of the tube 3. The clear width of the annular gap can be provided to be relatively small, so that the amount of ferrocene in the boiling chamber is also correspondingly small. With a correspondingly low energy requirement, the ferrocene located in the boiling chamber 5 can therefore be heated and in particular kept at its boiling temperature. The small amount of ferrocene in the boiling chamber 5 also means that the reactor 1 is ready for operation quickly, within a few seconds, and can then be operated with the required additive dose immediately after the internal combustion engine has been started up.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Heizkörper 8 als PTC- Widerstandsheizelement ausgebildet. Durch die Kennlinie und insbesondere die Masse sowie die thermischen Eigenschaften dieses PTC-Ele- mentes kann entsprechend der anliegenden Bestromungsparameter, beispielsweise der Bestromungszeit eine definierte Wärmemenge erzeugt, in dem PTC-Element selbst zwischengespeichert und an die umgebende siedende Ferrocenflüssigkeit 9 abgegeben werden. Wie bereits zuvor ausgeführt, macht man sich die Wärmespeicherkapazität des Heizkörpers 8 zunutze. Da die Wärmeübertragung zwischen der Oberfläche des Heizkörpers 8 und der daran anliegenden siedenden Ferrocenflüssigkeit um mehrere Zehnerpotenzen höher ist als der Wärmeübergang an ein umgebendes Gas, wie beispielsweise im Bereich des Heizkörpers 8, der oberhalb des Ferrocenspiegels 15 liegt, kann davon ausgegangen werden, dass in sehr engen Toleranzgrenzen die gesamte erzeugte Wärmemenge auf die siedende Ferrocenflüssigkeit 9 übertragen wird und nicht bzw. nur unwesentlich und in nicht nennenswertem Umfange auf das oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindliche Gas. Die Taktung der Ansteuerung des Heizkörpers 8 ist erfolgt in einem zeitlichen Abstand - wie erwähnt - in dem sichergestellt ist, dass durch den vorangegangen Heizimpuls erzeugte Wärme vollständig bzw. im wesentlichen vollständig an die siedende Ferrocenflüssigkeit abgegeben worden ist. Bei einer Bestimmung der durch den Heizkörper 8 gebildeten Wärmemenge kann dann davon ausgegangen werden, dass sich der Heizkörper 8 zu Beginn eines Heizimpulses auf Siedetemperatur befindet.In the illustrated embodiment, the radiator 8 is designed as a PTC resistance heating element. By means of the characteristic curve and in particular the mass and the thermal properties of this PTC element, a defined amount of heat can be generated in accordance with the applied energization parameters, for example the energization time, temporarily stored in the PTC element itself and released to the surrounding boiling ferrocene liquid 9. As previously stated, the heat storage capacity of the radiator 8 is used. Since the heat transfer between the surface of the radiator 8 and the boiling ferrocene liquid adjacent to it is several orders of magnitude higher than that Heat transfer to a surrounding gas, such as in the area of the radiator 8, which lies above the ferrocene level 15, can be assumed that the entire amount of heat generated is transferred to the boiling ferrocene liquid 9 within very narrow tolerance limits and not or only insignificantly and in not significant extent to the gas located above the liquid level. The activation of the radiator 8 is timed at a time interval - as mentioned - in which it is ensured that the heat generated by the preceding heating pulse has been completely or essentially completely given off to the boiling ferrocene liquid. When determining the amount of heat generated by the heating element 8, it can then be assumed that the heating element 8 is at boiling temperature at the beginning of a heating pulse.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird in geschickter Weise durch die in der Saugleitung 13 eintretende hohe Verdünnung der Übergang des in einer Kleinstmenge dosierten gasförmigen Stoffes in mikroskopisch kleine Additivpartikel genutzt, so dass letztendlich in den Verbrennungsraum das Additiv in Form fester, mikroskopisch kleiner Partikel eingebracht wird. In der Zuführleitung 12 bzw. der Saugleitung 13 bei einer Außerbetriebnahme der Brennkraftmaschine liegengebliebene Additivpartikel werden bei erneuter Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ohne weiteres von dem angesaugten Luftstrom aufgenommen und dem Verbrennungsraum zugeführt. Auch hierdurch ist eine rasche Betriebsbereitschaft des Additivzuführsystems gewährleistet.In the described exemplary embodiment, the high dilution occurring in the suction line 13 skillfully uses the transition of the gaseous substance metered in a small amount into microscopic additive particles, so that the additive is ultimately introduced into the combustion chamber in the form of solid, microscopic particles. Additive particles that remain in the supply line 12 or the suction line 13 when the internal combustion engine is taken out of operation are readily absorbed by the sucked-in air flow when the internal combustion engine is started up again and supplied to the combustion chamber. This also ensures that the additive feed system is ready for operation quickly.
Figur 3 zeigt eine weitere Vorrichtung 16 zum Bereitstellen eines gasförmigen Stoffes zum Dosieren desselben. Die Vorrichtung 16 dient zum Bereitstellen eines Additivs in seiner Gasphase zum Zuführen des Additivgases in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine umfasst einen Reaktor 17, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wärmeisoliert ausgebildet ist. In dem Reaktor 17 befindet sich als Additiv in seinem festen Aggregatzustand Ferrocen 18. Dieses ist zuvor in seiner flüssigen Phase in den Reaktor 17 eingefüllt worden und durch Abkühlen ist das Ferrocen kristallisiert, das nunmehr in seinem festen Aggregatzustand in dem Reaktor vorliegt. Der Reaktor 17 ist in seinem unteren Abschnitt nach unten hin zur Ausbildung einer Flüssigkeitsfalle verjüngt. Angeschlossen ist der Reaktor 17 über einen Ausgang 19 an eine Additivleitung 20, die in nicht näher dargestellter Art und Weise in die Luftansaugleitung eines Dieselmotors mündet. Im Bereich des Ausgangs 19 des Reaktors 17 ist als Dosiereinrichtung eine Drossel 21 angeordnet. Die Drossel 21 ist manuell einstellbar, wobei bei der Vorrichtung 16 vorgesehen ist, dass diese mit konstanter Drosseleinstellung betrieben wird.FIG. 3 shows a further device 16 for providing a gaseous substance for metering the same. The device 16 is used to provide an additive in its gas phase for supplying the additive gas into the combustion chamber of an internal combustion engine and comprises a reactor 17, which in the exemplary embodiment shown is heat-insulated. Ferrocene 18 is present in the reactor 17 as an additive in its solid state of matter. This has previously been introduced into the reactor 17 in its liquid phase, and the ferrocene, which is now present in its solid state of matter in the reactor, has crystallized by cooling. The reactor 17 is in its lower section tapered downward to form a fluid trap. The reactor 17 is connected via an outlet 19 to an additive line 20, which opens into the air intake line of a diesel engine in a manner not shown. In the area of the outlet 19 of the reactor 17, a throttle 21 is arranged as a metering device. The throttle 21 is manually adjustable, it being provided in the device 16 that it is operated with a constant throttle setting.
Die Vorrichtung 16 verfügt ferner über eine Heizeinrichtung 22. Die Heizeinrichtung 22 umfasst einen stabförmigen Heizkörper 23, der in das in fester Form vorliegende Ferrocen 18 hineinreicht. Montiert wird die Heizeinrichtung 22 mit ihrem Heizkörper 23 an dem Reaktor 17, solange sich das in den Reaktor 17 in seiner flüssigen Phase eingebrachte Ferrocen noch nicht, zumindest noch nicht vollständig verfestigt hat. Der Heizkörper 23 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Widerstandheizkörper ausgelegt und über ein elektrisches Anschlusskabel 24 bestrombar. Der Heizkörper 23 der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung 16 ist ausgebildet, damit dieser seine größte Heizleistung im Bereich seines unteren freien Endabschnittes 25 aufweist.The device 16 also has a heating device 22. The heating device 22 comprises a rod-shaped heating element 23 which extends into the ferrocene 18 in solid form. The heating device 22 is mounted with its heating element 23 on the reactor 17, as long as the ferrocene introduced into the reactor 17 in its liquid phase has not yet, at least not completely, solidified. The heater 23 is designed in the illustrated embodiment as a resistance heater and can be energized via an electrical connection cable 24. The heater 23 of the device 16 shown in FIG. 3 is designed so that it has its greatest heating output in the region of its lower free end section 25.
Der Reaktor 17 kann alternativ auch mit pulverförmigem Ferrocen gefüllt werden. Dieses schmilzt dann beim ersten Anfahren der Heizeinrichtung und kristallisiert aus der flüssigen Phase nach einer Außerbetriebnahme der Heizeinrichtung aus dieser aus. Bei dieser Ausgestaltung kann die Heizeinrichtung letztendlich jederzeit montiert werden.Alternatively, the reactor 17 can also be filled with powdered ferrocene. This then melts when the heater is started up for the first time and crystallizes out of the liquid phase after the heater has been shut down. With this configuration, the heating device can ultimately be installed at any time.
Bei einem Betrieb der Heizeinrichtung 22 wird vor allem im Bereich des Endabschnittes 25 des Heizkörpers 23 befindliches Ferrocen über seine Schmelztemperatur von 173°C erwärmt, durch weiteres Erwärmen zum Sieden gebracht, so dass das zunächst in seinem festen Aggregatzustand vorliegende Ferrocen 18 letztendlich in seine Gasphase überführt worden ist. Bei zunehmender Erwärmung wird sich sukzessive um den Heizkörper 23 ein Ferrocen-Flüssigkeitsmantel ausbilden, so dass der Wärmeübergang von dem Heizkörper 23 in das in fester Form vorliegende Ferrocen 18 begünstigt wird. Der Reaktor 17 ist ausgelegt, damit durch den Heizkörper 23 auch das im Bereich der Reaktorwände befindliche Ferrocen 18 erschmolzen werden kann. Bei zunehmendem Ferrocen-Verbrauch sinkt der Ferrocen-Spiegel innerhalb des Reaktors 17. Um das gesamte, in dem Reaktor 17 befindliche Ferrocen 18 erschmelzen zu können, ist der Reaktor 17 im Bereich seines Bodens zur Ausbildung der vorbeschriebenen Flüssigkeitsfalle verjüngt.When the heating device 22 is in operation, ferrocene located in the region of the end section 25 of the radiator 23 is heated above its melting temperature of 173 ° C, brought to a boil by further heating, so that the ferrocene 18, which is initially in its solid state, ultimately ends up in its gas phase has been transferred. As the heating increases, a ferrocene liquid jacket will gradually form around the heating element 23, so that the heat transfer from the heating element 23 into the ferrocene 18, which is in solid form, is favored. The reactor 17 is designed so that the ferrocene 18 located in the region of the reactor walls also passes through the heater 23 can be melted. With increasing ferrocene consumption, the ferrocene level inside the reactor 17 drops. In order to be able to melt all of the ferrocene 18 located in the reactor 17, the reactor 17 is tapered in the region of its base to form the liquid trap described above.
Die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung 16 befindet sich in Betrieb. Um den Heizkörper 23 ist das in dem Reaktor 17 in festem Aggregatzustand befindliche Ferrocen 18 über seinen Schmelzpunkt erwärmt worden, so dass sich ein Flüssigkeitsmantel aus geschmolzenem Ferrocen ausgebildet hat. Das aus dem Flüssigkeitsbad heraus verdampfende Ferrocen in seinem gasförmigen Aggregatzustand ist durch die geschlängelten Pfeile in dieser Figur schematisiert dargestellt. Das Entweichen des gebildeten Ferrocen-Gases aus dem Flüssigkeitsmantel erfolgt selbstverständlich auch über Wegsamkeiten innerhalb des noch festen Ferrocens 18. Innerhalb des Reaktors 17 bildet sich ein Innendruck aus, der etwa 2,5 - 3,0 bar betragen kann.The device 16 shown in FIG. 3 is in operation. Around the radiator 23, the ferrocene 18 in the solid state in the reactor 17 has been heated above its melting point, so that a liquid jacket of molten ferrocene has formed. The ferrocene evaporating from the liquid bath in its gaseous state is shown schematically by the meandering arrows in this figure. The escape of the ferrocene gas formed from the liquid jacket naturally also takes place via pathways within the still solid ferrocene 18. An internal pressure is formed inside the reactor 17, which can be approximately 2.5-3.0 bar.
Infolge des Verdampfens des Ferrocens bildet sich innerhalb des Reaktors 17 ein Dampfüberdruck, so dass das gebildete Ferrocen-Gas selbsttätig aus dem Ausgang 19 und durch die Drossel 21 in die Additivleitung 20 einströmt. Die Drossel 21 ist dergestalt eingestellt, dass die ausströmende Additivmenge zum bestimmungsgemäßen Additivieren des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei einem durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch über die Lebensdauer des Dieselmotors ausreicht. Daher wird bei Vorsehen einer solchen fest eingestellten Drossel, wie etwa bei der Drossel 21 diese bei unterschiedlichen Motoren auch in Abhängigkeit von ihrem Einsatz unterschiedlich eingestellt sein.As a result of the vaporization of the ferrocene, a vapor overpressure forms within the reactor 17, so that the ferrocene gas formed flows automatically out of the outlet 19 and through the throttle 21 into the additive line 20. The throttle 21 is set in such a way that the outflowing additive quantity is sufficient for the intended additivation of the fuel-air mixture with an average fuel consumption over the service life of the diesel engine. Therefore, if such a fixed throttle is provided, such as throttle 21, it will also be set differently in different motors depending on its use.
Der Reaktor 17 verfügt zweckmäßigerweise über einen Drucksensor zum Erfassen des in dem Reaktor 17 bei einem Betrieb der Heizeinrichtung 22 befindlichen Innendruckes. In Abhängigkeit von dem erfassten Druck, der zweckmäßigerweise weitestgehend konstant gehalten wird, erfolgt eine Ansteuerung der Heizeinrichtung 22, um entweder mehr oder weniger Ferrocen in seine Gasphase zu verdampfen.The reactor 17 expediently has a pressure sensor for detecting the internal pressure in the reactor 17 during operation of the heating device 22. Depending on the detected pressure, which is expediently kept largely constant, the heating device 22 is activated in order to evaporate either more or less ferrocene into its gas phase.
Der Reaktor 17 kann ferner über ein Überdruckventil verfügen, welches letztendlich als Sicherheitsventil dient.The reactor 17 may also have a pressure relief valve, which ultimately serves as a safety valve.
Anstelle des Vorsehens einer fest eingestellten Drossel, wie bei der Vorrichtung 16 vorgesehen, kann zum Dosieren des Ferrocen-Gases ebenfalls ein ansteuerbares Ventil, beispielsweise ein Taktventil oder dergleichen vorgesehen sein. In einem solchen Fall wird man die Additivdosierung abhängig machen von der aktuellen Motorleistung bzw. dem aktuellen Kraftstoffverbrauch. Dafür ist es jedoch notwendig, entsprechende Daten zu erfassen. Aus diesem Grunde wird für eine Nachrüstung bereits vorhandener Systeme eine Dosiereinrichtung mit feststehender Drossel bevorzugt sein.Instead of providing a fixed throttle, as provided in the device 16, a controllable valve, for example a clock valve or the like, can also be provided for metering the ferrocene gas. In such a case, the additive dosage will be made dependent on the current engine power or the current fuel consumption. For this, however, it is necessary to collect the relevant data. For this reason, a metering device with a fixed throttle will be preferred for retrofitting existing systems.
Der Heizkörper 23 der Heizeinrichtung 22 ist bis in den Bereich des Ausgangs 19 hineingeführt und befindet sich insbesondere in der Nähe der Drossel 21. Bei einem Betrieb des Heizkörpers 23 wird somit auch die Drossel 21 mit erwärmt, so dass Ferrocen-Gas, das durch Abschalten der Heizeinrichtung 22, beispielsweise infolge eines Abstellens des Dieselmotors im Bereich der Drossel 21 kondensiert und sich zu festem Ferrocen zurückgebildet, bei erneuter Inbetriebnahme der Heizeinrichtung ohne weiteres wieder vergast und somit die Drossel 21 von dem Kondensat befreit wird. The heating element 23 of the heating device 22 is led into the area of the outlet 19 and is located in particular in the vicinity of the throttle 21. When the heating element 23 is in operation, the throttle 21 is also heated, so that ferrocene gas, which is produced by switching off the heating device 22, for example as a result of a shutdown of the diesel engine in the region of the throttle 21, and condenses back to solid ferrocene, is readily gasified again when the heating device is started up again, and thus the throttle 21 is freed of the condensate.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Reaktor 2 Ferrocen, fest 3 Rohr 4 Vorratsraum 5 Siedkammer, 6' Heizkörper 7 Ferrocen, flüssig 8 Heizkörper 9 Ferrocen, siedend1 reactor 2 ferrocene, solid 3 tube 4 storage room 5 boiling chamber, 6 'radiator 7 ferrocene, liquid 8 radiator 9 ferrocene, boiling
10 Deckel10 lids
11 Sammler11 collectors
12 Zuführleitung12 supply line
13 Saugleitung13 suction line
14 Heizkörper14 radiators
15 Ferrocenspiegel15 ferrocene mirror
16 Vorrichtung16 device
17 Reaktor17 reactor
18 Ferrocen18 ferrocene
19 Ausgang19 exit
20 Additivleitung20 Additive line
21 Drossel21 choke
22 Heizeinrichtung22 heating device
23 Heizkörper23 radiators
24 Anschlusskabel24 connection cables
25 Endabschnitt25 end section
FK Ferrocenkristall FK ferrocene crystal

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Dosieren eines Stoffes, insbesondere von Kleinstmengen davon zum Zuführen desselben einer in Betrieb befindlichen Maschine, etwa einer Brennkraftmaschine, bei welchem Verfahren der zu dosierende Stoff (2, 18) in seinen gasförmigen Aggregatzustand gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff (2, 18) vor Überführen in seinen gasförmigen Aggregatzustand verflüssigt wird, bevor dieser zu seiner Dosierung im Zuge weiteren Erwärmens in seinen gasförmigen Aggregatzustand gebracht wird.1. A method for dosing a substance, in particular small quantities thereof, for feeding the same to a machine in operation, for example an internal combustion engine, in which method the substance (2, 18) to be dosed is brought into its gaseous state, characterized in that the substance (2, 18) is liquefied before being converted into its gaseous state before it is brought into its gaseous state for metering in the course of further heating.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff (2, 18) in seinem festen Aggregatzustand bevorratet wird und zum Bereitstellen der jeweils benötigten gasförmigen Stoffmenge nur ein Teil des in fester Form vorliegenden Stoffes (2, 18) verflüssigt und in seine Gasphase überführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the substance (2, 18) is stored in its solid state and only a part of the solid substance (2, 18) liquefied and in its to provide the required amount of gaseous substance Gas phase is transferred.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gebildete Gas in einem Reaktor (17) gespeichert und mittels einer Drossel (21) oder eines Ventils dosiert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas formed is stored in a reactor (17) and metered by means of a throttle (21) or a valve.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff für den Prozess des Dosierens aus seinem flüssigen Aggregatzustand durch Wärmezufuhr unter Einsatz zumindest eines elektrischen Heizkörpers (8) in seinen gasförmigen Aggregatzustand überführt wird und eine Dosierung durch die jeweils produzierte Menge des gasförmigen Stoffes gesteuert wird, indem - der in seinem flüssigen Aggregatzustand befindliche Stoff auf Siedetemperatur gehalten wird, - unter Ausnutzung einer definierten Wärmespeicherkapazität des Heizkörpers (8) oder eines diesem zugeordneten Wärmespeichers, der zumindest eine gleichfalls die Temperatur des flüssigen Stoffes (9) aufweisende Heizkörper (8) Bestromungspara- meter abhängig um eine definierte Wärmemenge über die Siedetemperatur des Stoffes hinaus erwärmt wird und - die definierte, in den Heizkörper (8) und/oder seinen Wärmespeicher eingespeiste Wärme durch Wärmeleitung an den auf Siedetemperatur befindlichen Stoff (9) übertragen wird und dadurch eine zur übertragenen Wärmemenge proportionale Menge des Stoffes (9) in seinen gasförmigen Aggregatzustand überführt wird, - wobei die in den gasförmigen Aggregatzustand gebrachte Stoffmenge eine Dosis des der in Betrieb befindlichen Maschine zuzuführenden Stoffes ist.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the substance for the process of dosing from its liquid state of aggregation by heat using at least one electric heater (8) is converted into its gaseous state of aggregation and a dosage by the amount of each produced gaseous substance is controlled by - the substance in its liquid state being kept at boiling temperature, - using a defined heat storage capacity of the radiator (8) or an associated heat accumulator, which also has at least one radiator also having the temperature of the liquid substance (9) (8) Current flow parameters are heated depending on a defined amount of heat above the boiling point of the substance and - The defined heat fed into the radiator (8) and / or its heat accumulator is transferred by heat conduction to the substance (9) which is at the boiling point and thereby a quantity of the substance (9) proportional to the quantity of heat transferred is converted into its gaseous state, - The amount of substance brought into the gaseous state is a dose of the substance to be fed to the machine in operation.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Dosieren einzelner Stoffdosen der Heizkörper (8) zum Erzeugen von Heizimpulsen getaktet erwärmt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that for the dosing of individual doses of the heating element (8) is heated in a clocked manner in order to generate heating pulses.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Dosieren einzelner Stoffdosen der Heizkörper zum Erzeugen von Heizimpulsen in Abhängigkeit von ermittelten Betriebszustandsdaten der in Betrieb befindlichen Maschine erwärmt wird.6. The method according to claim 4, characterized in that for dosing individual substance doses, the radiator for generating heating pulses is heated as a function of determined operating status data of the machine in operation.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem ersten Heizkörper der in seinem flüssigen Aggregatzustand befindliche Stoff auf seiner Siedetemperatur gehalten wird und dass mittels eines zweiten Heizkörpers dem in seinen flüssigen Aggregatzustand befindlichen Stoff die zum Verdampfen notwendige Wärme zugeführt wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that with a first radiator, the substance in its liquid state is kept at its boiling temperature and that by means of a second radiator, the substance in its liquid state is supplied with the heat necessary for evaporation becomes.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zu dosierende Stoff in seinem festen Aggregatzustand bevorrated wird und bei Beginn eines Betriebszyklus der Maschine nur ein kleiner Teil des Vorrats zunächst in seinem flüssigen Aggregatzustand und anschließend bis zum Sieden gebracht wird, bevor mit dem Dosieren begonnen werden kann.8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the substance to be dosed is stored in its solid state and at the beginning of an operating cycle of the machine only a small part of the stock is first brought into its liquid state and then brought to the boil before dosing can begin.
9. Verwendung des Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8 zum Beladen eines einer Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoff-Luft-Gemisches mit einem in Gasphase vorliegenden Additiv als zu dosierendem Stoff. 9. Use of the method according to one of claims 4 to 8 for loading a fuel-air mixture to be supplied to a combustion chamber of an internal combustion engine with an additive present in the gas phase as the substance to be metered.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als zu dosierender Stoff eine Eisen enthaltende Metall-organische Verbindung verwendet wird.10. Use according to claim 9, characterized in that an iron-containing metal-organic compound is used as the substance to be metered.
11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als zu dosierender Stoff Ferrocen verwendet wird.11. Use according to claim 10, characterized in that ferrocene is used as the substance to be metered.
12. Vorrichtung zum Dosieren eines Stoffes, umfassend einen Reaktor (1) zum Bevorraten des in seinem festen Aggregatzustand befindlichen Stoffes (2), in welchem Reaktor (1) der Stoff (2) in seine Gasphase gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, - dass der Reaktor (1) eine Kammerung aufweist und über eine Siedekammer (5) und einen Vorratsraum (4) verfügt, wobei die Siedekammer (5) mit dem Vorratsraum (4) in Flüssigkeitsverbindung steht, - dass in der Siedekammer (5) zumindest ein in den darin befindlichen Stoff eintauchende, elektrischer Kontaktheizkörper (8) mit definierter Wärmespeicherkapazität angeordnet ist, welcher Heizkörper (8) ausgelegt ist, um darin auf Siedetemperatur befindlichen Stoff (9) zum Bereitstellen einer gasförmigen Stoffdosis über die Siedetemperatur hinaus zu erwärmen, und - dass in dem Vorratsraum (4) ein oder mehrere, zum Überführen des darin in seinem festen Aggregatzustand bevorrateten Stoffes (2) in seinen flüssigen Aggregatzustand ausgelegte Heizeinrichtungen (6, 6') angeordnet sind.12. Device for dosing a substance, comprising a reactor (1) for storing the substance (2) in its solid state, in which reactor (1) the substance (2) is brought into its gas phase, characterized in that - Reactor (1) has a chamber and has a boiling chamber (5) and a storage space (4), the boiling chamber (5) being in fluid communication with the storage space (4) - that at least one in the boiling chamber (5) electrical contact heating element (8) immersed therein is arranged with a defined heat storage capacity, which heating element (8) is designed to heat substance (9) therein to boiling temperature to provide a gaseous substance dose above the boiling temperature, and - in that Storage room (4) one or more heaters designed to transfer the substance (2) stored therein in its solid state into its liquid state devices (6, 6 ') are arranged.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Siedekammer (5) in dem Reaktor (1) durch ein vertikal angeordnetes Rohr (3) eingeschlossen ist, dessen oberes Ende den Ausgang für den in der Siedekammer (5) gebildeten gasförmigen Stoff aus dem Reaktor (1) bildet.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the boiling chamber (5) in the reactor (1) is enclosed by a vertically arranged tube (3), the upper end of which is the exit for the gaseous substance formed in the boiling chamber (5) the reactor (1) forms.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (8) konzentrisch innerhalb des Rohres (3) angeordnet ist und zwischen dem Heizkörper (8) und der Rohrinnenseite ein Ringspalt zur Aufnahme des auf Siedetemperatur zu haltenden Stoffes (9) angeordnet ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the radiator (8) is arranged concentrically within the tube (3) and between the radiator (8) and the inside of the tube an annular gap for receiving the to be kept at the boiling temperature Fabric (9) is arranged.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) mit seinem unteren Ende in einen Sammler (11) hineinreicht, in den der in dem Vorratsraum (4) in seinem flüssigen Aggregatzustand gebrachte Stoff (7) einfließt.15. The apparatus of claim 13 or 14, characterized in that the tube (3) extends with its lower end into a collector (11) into which the liquid (7) brought into the storage space (4) in its liquid state of aggregation flows.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Siedekammer (5) eintauchende Heizkörper (8) ein Widerstandheizelement mit einem positivem, nicht linearen Temperaturkoeffizienten oberhalb seiner Ansprechtemperatur ist, wobei der Heizkörper (8) ausgelegt ist, dass die Ansprechtemperatur die Temperatur der maximalen gewünschten Erwärmung des Heizkörpers (8) ist.16. The device according to one of claims 12 to 15, characterized in that the heating element (8) immersed in the boiling chamber (5) is a resistance heating element with a positive, non-linear temperature coefficient above its response temperature, the heating element (8) being designed, that the response temperature is the temperature of the maximum desired heating of the radiator (8).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper ein PTC-Widerstand ist.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the radiator is a PTC resistor.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Siedekammer zwei oder mehr Heizkörper angeordnet sind.18. Device according to one of claims 12 to 17, characterized in that two or more radiators are arranged in the boiling chamber.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vorratsraum (4) des Reaktors (1) mehrere einzelne Kontaktheizkörper (6, 6'), zweckmäßigerweise Widerstandheizelemente mit einem positivem, nicht linearen Temperaturkoeffizienten oberhalb ihrer Ansprechtemperatur, wobei die Heizkörper (6, 6') ausgelegt sind, dass die Ansprechtemperatur die Temperatur der maximalen gewünschten Erwärmung des jeweiligen Heizkörpers ist.19. Device according to one of claims 12 to 18, characterized in that in the storage space (4) of the reactor (1) a plurality of individual contact heaters (6, 6 '), advantageously resistance heating elements with a positive, non-linear temperature coefficient above their response temperature, wherein the radiators (6, 6 ') are designed so that the response temperature is the temperature of the maximum desired heating of the respective radiator.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die in der Siedekammer angeordneten Kontaktheizkörper eine die Kontaktoberfläche vergrößernde Strukturierung aufweisen. 20. Device according to one of claims 12 to 19, characterized in that the or the contact heater arranged in the boiling chamber have a structuring which increases the contact surface.
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